專利名稱:一種基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，包括綜合顯控處理單元，所述綜合顯控處理單元分別連接有液晶顯示器、控制面板、視頻采集單元、大容量非易失存儲器、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和障礙物數(shù)據(jù)庫。該裝置為一種障礙物數(shù)據(jù)庫和實(shí)時視頻圖像相結(jié)合的顯示和告警裝置，通過障礙物數(shù)據(jù)計算，給出具有三種告警顯示方式的障礙物告警顯示界面，并和真實(shí)場景比對，可以準(zhǔn)確地判斷障礙物位置和形狀。
【專利說明】一種基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及飛機(jī)安全規(guī)避領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)時視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)民航的安全報告以及不安全事件統(tǒng)計分析報告的描述，飛機(jī)在飛行過程中，尤其是在低空飛行過程中，極易與小山、高壓線等障礙物撞擊發(fā)生危險，給民航生產(chǎn)帶來經(jīng)濟(jì)上的損失，對飛行員和乘客的生命安全也造成了一定威脅。因此研制一套障礙物識別系統(tǒng)對飛機(jī)安全具有重要意義。
[0003]為了探測飛機(jī)周圍的障礙物，一般加裝激光測距裝置，實(shí)時測量飛機(jī)與周圍物體的距離，給出近地告警信號?；蛘呒友b近地告警設(shè)備，通過雷達(dá)探測離地面高度。這種裝置價格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)成本高，僅適用于大型飛機(jī)。
[0004]有些飛機(jī)裝配多功能顯示器，帶有電子地圖和障礙物數(shù)據(jù)庫，將障礙物疊加顯示在電子地圖上。這種方法比較直觀，但由于數(shù)據(jù)庫更新不及時，飛行員無法確認(rèn)數(shù)據(jù)庫是否準(zhǔn)確，也不能及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之外新增加的障礙物。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種在視頻圖像上疊加障礙物符號的顯示告警裝置，該裝置為一種障礙物數(shù)據(jù)庫和實(shí)時視頻圖像相結(jié)合的顯示和告警裝置，通過障礙物數(shù)據(jù)計算，給出具有三種告警顯示方式的障礙物告警顯示界面，并和真實(shí)場景比對，可以準(zhǔn)確地判斷障礙物位置和形狀。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，包括綜合顯控處理單元，所述綜合顯控處理單元分別連接有液晶顯示器、控制面板、視頻采集單元、大容量非易失存儲器、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和障礙物數(shù)據(jù)庫。
[0008]可選的，所述視頻采集單元進(jìn)一步連接有攝像頭，所述攝像頭為PAL或者NSTC格式模擬視頻信號，分辨率為720x576，幀率為25fps的攝像頭。
[0009]可選的，所述大容量非易失存儲器為SD卡或者NAND FLASH存儲器。
[0010]可選的，所述綜合顯控處理單元包括障礙物數(shù)據(jù)庫，與障礙物數(shù)據(jù)庫分別相連的障礙物顯示單元和障礙物數(shù)據(jù)處理單元；所述障礙物顯示單元連接有視頻顯示器；所述障礙物數(shù)據(jù)處理單元連接有視頻采集處理單元、告警管理單元和人際交互單元。
[0011]可選的，所述障礙物顯示單元顯示界面為上下兩層，下層是實(shí)時視頻圖像界面，上層是障礙物分布圖。
[0012]該裝置可以在現(xiàn)有飛機(jī)多功能顯示器上實(shí)現(xiàn)。
[0013]該裝置將視頻圖像和障礙物數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換疊加在一起進(jìn)行顯示，給出不同級別的障礙物告警顯示標(biāo)志。目的是將障礙物與飛機(jī)下方實(shí)景對應(yīng)起來顯示，真實(shí)、準(zhǔn)確地給出障礙物具體位置和周邊情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)下方有障礙物時發(fā)出告警信號，通知飛行員確認(rèn)障礙物位置，并及時調(diào)整航線。當(dāng)飛行員發(fā)現(xiàn)障礙物顯示和視頻圖像不一致時，還可以及時修正數(shù)據(jù)庫錯誤，從而提高數(shù)據(jù)真實(shí)性和安全性。

【附圖說明】

[0014]圖1是本實(shí)用新型組成框圖。
[0015]圖2是綜合顯控處理單元組成框圖。
[0016]圖3是視頻處理流程圖。
[0017]圖4是障礙物數(shù)據(jù)處理、告警和顯示流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，包括綜合顯控處理單元，所述綜合顯控處理單元分別連接有液晶顯示器、控制面板、視頻采集單元、大容量非易失存儲器、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和障礙物數(shù)據(jù)庫。
[0020]視頻采集單元采集攝像頭視頻信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，發(fā)送給綜合顯控處理模塊進(jìn)行處理，經(jīng)過縮放，與坐標(biāo)系相匹配，送給顯示器進(jìn)行顯示。視頻采集單元進(jìn)一步連接有攝像頭，攝像頭采集圖像信息，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出PAL或者NSTC格式視頻，分辨率為720x576，幀率為25fps。
[0021]大容量非易失存儲器一般為SD卡或者NAND FLASH存儲器，存儲可執(zhí)行程序和障礙物數(shù)據(jù)庫。
[0022]衛(wèi)星導(dǎo)航模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，計算出經(jīng)瑋度、高度數(shù)據(jù)，發(fā)送給綜合顯控處理豐旲塊。
[0023]基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置采用按鍵或者旋鈕人機(jī)交互方式，可以控制攝像頭遠(yuǎn)近，調(diào)節(jié)障礙物分布圖的比例尺。
[0024]綜合顯控處理單元包括障礙物數(shù)據(jù)庫，與障礙物數(shù)據(jù)庫分別相連的障礙物顯示單元和障礙物數(shù)據(jù)處理單元；所述障礙物顯示單元連接有視頻顯示器；所述障礙物數(shù)據(jù)處理單元連接有視頻采集處理單元、告警管理單元和人際交互單元。
[0025]機(jī)載綜合顯控處理單元運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)，完成視頻采集和處理、視頻顯示、障礙物數(shù)據(jù)處理、障礙物顯示、告警管理和人機(jī)交互的功能，具有將視頻和障礙物符號合成的障礙物告警顯示界面。其組成框圖如圖2所示。
[0026]基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置的障礙物告警顯示界面包括兩層，下面是實(shí)時視頻圖像，上面是障礙物分布圖，顯示障礙物符號、位置和海拔高度。障礙物符號有紅色、黃色、灰色三種顏色。紅色表示危險、距離為30米以內(nèi)；黃色表示注意，距離在30到300米；灰色表示安全，距離在300米以外。
[0027]視頻采集單元采集攝像頭視頻圖像，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換，大小裁剪，送給顯示器進(jìn)行顯示。視頻顯示范圍通過控制攝像頭來調(diào)節(jié)，使得圖像顯示在窗口中，并與障礙物分布圖匹配。
[0028]障礙物數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前位置和高度信息，從障礙物數(shù)據(jù)庫讀取障礙物經(jīng)瑋度和高度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)平面分布圖，在障礙物告警顯示界面上顯示。
[0029]基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置采用的坐標(biāo)系為平面直角坐標(biāo)系。障礙物數(shù)據(jù)庫為WGS84坐標(biāo)系，通過WGS84坐標(biāo)向平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，進(jìn)行顯示。
[0030]告警管理單元周期讀取飛機(jī)當(dāng)前位置和周圍障礙物信息，經(jīng)過計算飛機(jī)與障礙物的距離，給出紅色、黃色、灰色三種障礙物符號。如果飛機(jī)離障礙物過近，存在撞機(jī)危險時將相應(yīng)障礙物符號變?yōu)榧t色閃爍狀態(tài)，產(chǎn)生報警信號，提示飛行員與實(shí)際視頻圖像相比對，并根據(jù)判斷結(jié)果做出響應(yīng)。
[0031]人機(jī)交互單元完成攝像頭控制、比例尺調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)周圍顯示范圍的設(shè)置、視頻圖像與障礙物顯示圖的匹配。
[0032]下面依次對本實(shí)用新型的系統(tǒng)設(shè)計、工作流程和使用方式作出一一介紹。
[0033]1.系統(tǒng)設(shè)計
[0034]綜合顯控處理模塊采用高性能處理器，一般為500MHz以上基于ARM9或者A8的處理器，具有256MB以上的內(nèi)存RAM和2G以上NAND FLASH，可以運(yùn)行VxWorks或者QNX實(shí)時操作系統(tǒng)。
[0035]處理器集成視頻控制器，用于處理視頻數(shù)據(jù)；
[0036]處理器集成圖形加速控制器，提高顯示能力；
[0037]攝像頭為PAL或者NSTC格式模擬視頻信號，分辨率一般為720x576，幀率為25fps0
[0038]衛(wèi)星導(dǎo)航模塊采用GPS或者BD定位方式，輸出經(jīng)瑋度、海拔高度、時間等信息。
[0039]障礙物數(shù)據(jù)庫由機(jī)場空管資料室或者第三方航空數(shù)據(jù)提供商獲取，以一定的格式存儲在磁盤文件中。經(jīng)過數(shù)據(jù)加工，生產(chǎn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲到顯控器非易失存儲器中。
[0040]2.工作流程:
[0041]攝像頭安裝于飛機(jī)下方，正對地面?；谝曨l圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置通過攝像頭采集飛機(jī)下方視頻，將圖像顯示在障礙物告警顯示界面中。同時從衛(wèi)星導(dǎo)航模塊讀取飛機(jī)當(dāng)前經(jīng)瑋度坐標(biāo)，從障礙物數(shù)據(jù)庫中提取飛機(jī)周圍障礙物信息，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)，然后根據(jù)屏幕顯示比例尺轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，形成障礙物分布圖，在障礙物告警顯示界面中顯示。
[0042]障礙物分布圖通過按鍵或者旋鈕調(diào)節(jié)比例尺，控制圖形的縮放；同時視頻圖像可以通過攝像頭調(diào)節(jié)縮放。
[0043]當(dāng)障礙物分布圖和視頻圖像顯示相匹配時，即可在障礙物告警顯示界面直觀地觀察飛機(jī)周圍障礙物分布情況，引導(dǎo)飛機(jī)安全飛行。
[0044]2.視頻處理流程
[0045]如圖3所示:攝像頭將外界光信號轉(zhuǎn)換為PAL或者NSTC格式模擬視頻信號，分辨率一般為720x576，幀率為25fps，送給視頻采集模塊。
[0046]視頻采集模塊采集模擬視頻信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字YUV信號，一般為YUV422或者YUV420格式數(shù)字視頻信號，送給視頻控制器。
[0047]視頻控制器為處理器的一部分，完成YUV視頻數(shù)據(jù)的預(yù)處理、大小裁剪、濾波、亮度調(diào)節(jié)功能，最后送到RAM存儲器，以便處理器讀取進(jìn)行處理。
[0048]處理器讀取RAM中的圖像幀，將YUV格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB888或者RGB565格式數(shù)據(jù)，將原始視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示器支持的數(shù)據(jù)格式。
[0049]視頻顯示讀取視頻格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，根據(jù)屏幕顯示尺寸和顯示范圍裁剪視頻尺寸，送給顯示器上進(jìn)行顯示。顯示幀率為25fps。
[0050]3.障礙物分布圖產(chǎn)生、告警處理和顯示
[0051]如圖4所示，障礙物數(shù)據(jù)處理軟件接收衛(wèi)星導(dǎo)航模塊的經(jīng)瑋度和高度數(shù)據(jù)。經(jīng)瑋度即為飛機(jī)當(dāng)前坐標(biāo)位置，根據(jù)該位置和屏幕顯示范圍從障礙物數(shù)據(jù)庫中提取有效障礙物經(jīng)瑋度和高度信息。
[0052]根據(jù)飛機(jī)當(dāng)前位置和高度，計算飛機(jī)離障礙物的距離，根據(jù)距離遠(yuǎn)近，將障礙物符號分為三種方式進(jìn)行著色。30米以內(nèi)的顯示為紅色閃爍狀態(tài)，表示有危險障礙物；30米到300米范圍內(nèi)的顯示為黃色，提醒飛行員注意，300米以外的顯示為灰色，表示沒有危險。
[0053]將處理后的障礙物數(shù)據(jù)經(jīng)過WGS84坐標(biāo)-大地屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為大地平面坐標(biāo)，再根據(jù)比例尺和屏幕顯示范圍轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)，將障礙物符合按照坐標(biāo)生產(chǎn)分布圖，并標(biāo)注海拔高度，送到障礙物告警顯示界面上進(jìn)行顯示。
[0054]障礙物顯示速率與視頻顯示同步，因此幀率也是25fps。
[0055]4.障礙物危險告警判斷
[0056]當(dāng)障礙物分布圖中有紅色障礙物符號出現(xiàn)時，表示飛機(jī)周圍具有危險障礙物。飛行員觀察障礙物高度和真實(shí)視頻信息，判斷是否具有撞機(jī)危險。如果發(fā)現(xiàn)障礙物分布圖與實(shí)物不一致，表示障礙物數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)行修正。
[0057]5.使用步驟:
[0058]I)飛機(jī)在一定的高度上飛行
[0059]2)障礙物分布圖以設(shè)定的比例尺顯示在障礙物告警顯示界面中，飛機(jī)符號在窗口中間，周圍顯示障礙物的符號和高度值。
[0060]3)當(dāng)障礙物分布圖的比例尺不合適時，調(diào)節(jié)按鍵或者旋鈕，使得障礙物分布圖大小滿足飛行員視野的要求。
[0061]4)調(diào)節(jié)攝像頭遠(yuǎn)近，使得視頻圖像顯示在障礙物告警顯示界面中，并與障礙物符號的位置吻合。
[0062]5)飛行員可以形象地看到障礙物位置和周邊情況。
[0063]6)當(dāng)飛行高度變化時，適當(dāng)調(diào)節(jié)障礙物分布圖的比例尺或者視頻圖像大小，使得顯示范圍合適。
[0064]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，其特征在于:包括綜合顯控處理單元，所述綜合顯控處理單元分別連接有液晶顯示器、控制面板、視頻采集單元、大容量非易失存儲器、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和障礙物數(shù)據(jù)庫。2.如權(quán)利要求1所述的基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，其特征在于:所述視頻采集單元進(jìn)一步連接有攝像頭，所述攝像頭為分辨率為720x576，幀率為25fps的攝像頭。3.如權(quán)利要求1所述的基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，其特征在于:所述大容量非易失存儲器為SD卡或者NAND FLASH存儲器。4.如權(quán)利要求1所述的基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，其特征在于:所述綜合顯控處理單元包括障礙物數(shù)據(jù)庫，與障礙物數(shù)據(jù)庫分別相連的障礙物顯示單元和障礙物數(shù)據(jù)處理單元；所述障礙物顯示單元連接有視頻顯示器；所述障礙物數(shù)據(jù)處理單元連接有視頻采集處理單元、告警管理單元和人際交互單元。5.如權(quán)利要求4所述的基于視頻圖像的機(jī)載障礙物顯示及告警裝置，其特征在于:所述障礙物顯示單元顯示界面為上下兩層，下層是實(shí)時視頻圖像界面，上層是障礙物分布圖。
【文檔編號】B64D43-00GK204303178SQ201420773882
【發(fā)明者】劉成茂, 李煒, 王曉永 [申請人]西安航空電子科技有限公司