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。因此提高飞机残冰检测技术手段是保障民航冬季安全运行的重要任务。随着民航运输业的快速发展，目前大量使用的人工目视及触觉残冰检测方法已不能满足民航冬季高效安全运行的需求。针对常规人工检测存在的误检率高、易漏检、速度慢等问题，本文对飞机蒙皮上残冰的近红外多光谱吸收/反射特性进行了深入研究，并提出了一种全新的近红外多光谱（NIR）残冰检测法。主要研究内容包括：1、对残冰反射/散射机理及红外多光谱检测理论进行研究。由于残冰本身特性以及与飞机机体材料特性不同，当红外光源发射出的光线在到达不同表面时将产生不同的反射和散射。根据飞机残冰的反射/散射特性，选取合适的探测波长使被测机体与残冰产生显著的差异，来探测飞机残冰的存在和对应位置。2、构建了包括红外多光谱冰雪检测单元和视觉检测区域定位单元的红外多光谱探测系统。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。3、提出了一种改进的RANSAC鲁棒匹配算法，实现对多通道图像像素的快速匹配，以保残冰证检测的精度。算法加入了视差梯度约束和有效面积约束的预检验步骤，有效的降低了计算错误单应矩阵的次数，从而消除相应单应矩阵的检验环节。以改进的RANSAC鲁棒算法为基础，利用四幅图像的特征点相关关系，提出了四幅图像匹配算法的匹配框架，进一步提高了匹配效率，缩短了匹配时间。4、进行飞机蒙皮材质、涂装层以及背景红外辐射影响消除策略研究，完成系统的补偿与修正。现在运行的民航飞机其蒙皮材料以铝合金为主、以复合材料为发展趋势。对不同的飞机蒙皮材质以及涂装层颜色的反射光谱特性的差异和影响进行补偿修正，以提高系统的检测准确性。同时，为克服红外光源不稳定以及背景红外干扰的影响，提出一种基于积分球的补偿方法和系统，起到补偿与修正作用。5、提出了基于飞机结构特征的飞机残冰检测区域定位方法。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。