一、飞机表面制造质量智能检测[1]
飞机表面的制造质量将直接影响飞机的性能，装配后必须进行几何检测。夏仁波等人[1]提出了一种基于数字相移的飞机表面制造质量检测方法。采用数字相移测量方法获取表面点云数据和图像数据。通过图像边缘跟踪和霍夫变换算法，高效地识别铆钉区域，然后映射到空间点云中，实现铆钉的定位和几何测量。反向标定投影仪的参数后，实现特征信息的可视化标注。
采用数据相移技术实现飞机表面的三维数据采集。数字相移技术，又叫面结构光测量技术，是基于结构光的三维测量技术中的一种，是一种非常重要的三维测量方法。根据结构光类型的不同，可将基于结构光的三维测量技术分为三种：点结构光、线结构光和面结构光测量技术。根据相机个数的不同，又可将面结构光测量技术分为单目面结构光测量和双目面结构光测量。由于面结构光测量技术一次测量即可得到整个幅面的点云数据，相较于点结构光和线结构光，测量效率大大提升，并且由于单幅测量的时候不需要拼接，因此，在测量单个幅面的时候测量精度明显高于点结构光和线结构光。由于单目面结构光测量精度不如双目面结构光高，因此，现阶段多使用双目面结构光测量技术。夏仁波等人[1]讨论的数字相移技术即为双目面结构光测量技术，使用投影装置向物体表面投射一系列预先设计好的正弦光栅图像，该图像经被测物体表面调制后，会发生变形，相机拍摄获得变形后的光栅图像，经计算机处理后求得每一点所对应的相位，并将其作为立体匹配时的特征量，根据三角测量的原理即可获得被测物体表面的三维点云数据。
从图像中提取出特征区域后，需要对特征区域对应的三维点云进行数据处理与分析。对于铆钉区域，需要分析出铆钉上表面与周边区域的相对距离和铆钉上表面与周边区域的铆接角度。假设铆钉周边区域近似为一平面，如图所示，可以在铆钉内外分别取一圈圆环点，采用RANSAC（Random Sample Consensus）的思想对这两圈圆环点分别进行平面拟合。
如图所示，那么两平面法向量之间的夹角即为铆钉铆接的角度，另外也可求出铆钉内圆环点相对于铆钉外平面的平均距离、最大距离与最小距离。
为了方便观察，采用一种将特征结果直接投影到被测件表面的可视化，显示方法投影信息直接显示在检测区域附近，在铆钉表面投射不同的颜色来区别其相对于表面高低差的大小，其中红色表示高低差严重超出范围，蓝色表示稍微超出误差范围，但是仍在容忍的范围之内，绿色表示高低差符合要求。此外，每一个铆钉区域附近，也投影出了其实际的高低差数值。
二、辅助机载惯导快速对准的光学测量[2]
惯性导航系统是最重要的导航方式之一，在航空航天、交通运输等领域具有重要应用。惯导系统的基本工作原理是对惯性器件测得的载体角速度、加速度进行积分运算以得到载体的运动参数信息，因此在工作前必须确定载体的初始姿态、速度等信息，即初始对准。为提高机载惯导对准的速度，需要引入外部装置或信息辅助惯导进行对准，例如导弹、舰载机上使用的惯导系统，常利用专门的光学测量装置进行辅助测量。在静基座条件下的机载惯导，其加速度计受到的干扰很小，因此，俯仰和滚转角可以通过加速度计较快地实现对准，外部装置只需完成方位角的对准即可。
张宇等人[2]设计了辅助机载惯导快速对准的光学测量装置，包含俯仰方位伺服控制系统光测距仪和光学相机，控制系统可精确地控制测距仪和光学相机进行俯仰、方位旋转，光学相机用于寻找飞机上的标志点，激光测距仪可精确地测量飞机上的标志点或基准桩上的标志点与测量仪之间的距离。首先将测距仪调平。通过激光两次测距，测量出载机上的 2 个标志点到测量仪之间的距离，记为 L1和 L2，其对应的俯仰角为 θ1，θ2，然后计算出 L1，L2在水平面上的投影l1，l2，l1= L1cos θ1，l2= L2cos 2。
两次激光测距测量仪转过的方位角为 ψ1，解由 ψ1，l1，l2构成的三角形可计算出 α 角。同理，激光测距仪对两个基准桩进行测距，可计算出两个基准桩上的标志点到测量仪的间距 l3，l4，以及 β 角。
激光测距测量仪测量飞机上的两个标志点时转过的方位角记为 ψ1，测量仪测量飞机后转向基准柱时转过的方位角记为 ψ2，测量两个基准柱转过的方位角记为 ψ3，飞机航向角为 yaw，机体上两个标志点在水平面上的投影点连线与飞机轴线的夹角为 δ，基准柱连线与北向夹角为 yaw0。
根据几何关系可知yaw1 = yaw － α － δ，
yaw2= π － ( ψ2－ yaw1)
yaw0= yaw2－ β
由此可得基准柱方位角与飞机航向之间的几何关系
yaw0 + δ = yaw + π － ψ2－ α － β 。
在实际应用中，将 yaw0+ δ 视为一个整体。
三、近红外光谱的飞机残冰检测技术[3]
冬季恶劣天气条件下，飞机在除冰后和起飞前必须进行残冰检测以保证飞机飞行安全。飞机除冰不完善及二次结冰所导致的残冰附着是影响民航冬季安全运行的重要隐患，并在国内外造成多起空难。常规人工检测存在的误检率高、易漏检、速度慢等问题。随着民航运输业的快速发展，近红外多光谱残冰检测方法越来越满足民航冬季高效安全运行的需求。
水或冰的反射/吸收光谱机理：飞机残冰具有一定的光谱反射散射特性，并且这种特性随着残冰的厚度和基底表面的特性而发生变化。天津大学高建树[3]通过对基于主动光源的残冰红外多光谱特性研究，建立有效的飞机残冰检测系统来确定残冰存在的区域以及厚度，同时消除干扰的影响。假设电介质的厚度为 d，实际的反射率可由如下式得到：
对比度 C 反映了某一被检测物体在低波段与高波段的反射光强值的相应关系，也反映了光谱反射曲线的走势。如果 C 为正，则表明有冰覆盖在表面，反之，如果对比度为负，则确定没有冰覆盖在表面。并可以根据对比度 C 的大小计算冰层的厚度。
红外多光谱探测系统包括红外多光谱冰雪检测单元和视觉检测区域定位单元。视觉检测区域定位单元采用基于姿态估计的方法利用 CCD 相机和特定飞机机型结构特征的检测区域定位，以便准确地确定残冰位置。系统分别检测参考波段、低波段和高波段的反射光强。该系统中采用分时采集方式，在轮盘的控制驱动下将三波段滤光片分时在镜头前部转换并采集对应图像，通过数据处理获取三波段图像的对比度值，再进行判断识别出被测表面上的残冰，检测其厚度，并以伪彩色图像的方式进行实时显示。
构建包括红外相机和定位相机的残冰定位系统，预校准两者间的位姿关系并固定，由红外相机实现飞机局部区域的残冰检测，利用定位相机对特征点进行成像特征提取，根据这些特定结构特征点在特定飞机机型中的固定坐标位置和相互之间的坐标关系，再根据定位 CCD 像机与飞机机体的相对位姿关系可以确定残冰检测近红外CCD 像机相对于飞机机体的位姿关系，并进而确定在飞机上的具体检测区域残冰位置。
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