一种直升机VNE自动化测试系统和方法与流程

一种直升机vne自动化测试系统和方法
技术领域
1.本发明属于测试技术领域，尤其涉及一种基于图像处理的直升机vne自动化测试系统和方法。


背景技术：

2.不可超越速度(vne)是指飞行器禁止在这个速度以上运行，否则会导致机体结构损坏、操纵失效或其他直接影响飞行安全的情况出现。在直升机试验试飞过程中，vne作为衡量直升机性能的一项重要指标，其制定需要经过严格的理论论证和试飞论证，因此测试准确性和稳定性将直接影响到一个新型号的经济性和市场前景。
3.不可超越速度分为有动力vne和无动力vne，前者表示发动机正常提供动力时的不可超越速度，后者表示脱开发动机动力状态时的不可超越速度，两者都受高度、旋翼转速、温度以及质量的影响。在航电地面联试中，vne测试基于多个机载传感器变量作为输入，通过改变输入值并对比空速表上vne值是否与实际计算值相等得到测试结果。而常规测试方法往往需要人工输入测试用例，并采用目视估计进行测试用例对比，不仅费时费力，而且测试准确率也不高，给直升机性能参数测试论证带来很大的困难。此外，vne测试为实现覆盖测试所需的用例多，结合地面联试的特点，测试用例的执行总次数将非常庞大，因此对于vne的快速准确识别具有较大的挑战性。
4.目前现有技术有通过用户界面实施自动化测试的方法，主要策略是将用户界面中关注的区域进行位置截图，并匹配截图区域进行结果对比，但是存在精度不高的问题，且对于复杂图形符号匹配误差较大。而采用模拟操作信息与客户端交互的方式，虽然能对控件进行测试，但是由于通信过程必须知道客户端的通信协议，因此难以适用于机载显示设备安全性和可靠性的要求。采用ai识别装置的自动化测试方法需要根据实际场景拍摄并标注多种不同的图像，其过程需要大量人工介入，对图像拍摄的条件也有诸多要求，实际操作过程复杂。经过分析现有自动化测试方法，目前尚未涉及直升机vne自动化测试方法，现有自动化测试方法无论从固定任务还是非固定任务角度出发，都难以适应其测试需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于图像处理的直升机vne自动测试系统和方法，解决vne测试过程中目视估计所带来的繁杂冗余、精度低等问题，进而提升vne的自动化测试效率。
6.为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
7.一种直升机vne自动化测试系统，包括：
8.仿真激励模块，用于从测试用例表中读取测试用例，获取测试用例中的传感器参数，基于传感器参数得到vne的数值，并将该vne数值表现在直升机机载显示设备的空速刻度表中；
9.图像采集模块，用于利用相机对直升机机载显示设备界面进行图像采集，其中相
机采集的过程受测试用例的触发，仿真激励模块每读取一次测试用例，相机采集一张图像；
10.vne识别模块，用于根据采集的图像进行vne参数解析，其过程包括图像预处理、指示线定位、参考刻度识别、vne值估；
11.结果判别与输出模块，用于从测试用例表中读取测试用例的有动力vne和无动力vne的真值，并将该真值与解析得到的测试值进行结果判别，当两者差值在设定的误差范围内，则判别识别正确；当测试用例表中的所有测试用例执行结束，根据执行结果输出统计图表。
12.一种直升机vne自动化测试方法，包括以下步骤：
13.读取测试用例表，并对相机进行初始化；通过单一测试用例中传感器参数，对vne计算模型进行参数注入，机载显示设备的空速刻度表中显示vne数值的指示结果；
14.读取单个测试用例并产生触发信号，使得相机采集机载显示设备界面图像；
15.计算机在接收到图像数据后，进行图像预处理，通过去噪和增强突出图像的细节；
16.提取空速刻度表所在区域，并定位有动力vne和无动力vne指示线；
17.提取空速刻度表中的实时空速区域，并对实时空速进行识别，从而定位到参考刻度所对应的值和位置；
18.将上下参考刻度通过位置关系换算得到有动力vne和无动力vne所对应指示线的估算值；
19.将有动力vne和无动力vne估算值与测试用例表中的有动力vne真值、无动力vne真值进行对比，从而得到测试结果，经过显示并输出。
20.进一步地，所述提取空速刻度表所在区域，包括：
21.在测试开始之前，固定相机的位置，采集一帧机载显示设备界面图像，采用交互的方式获得空速刻度表的位置信息，将空速刻度表所在区域作为roi区域；通过鼠标选取空速刻度表的角点并记录位置；在后续采集机载显示设备界面图像时，利用所记录的位置可定位到roi区域。
22.进一步地，所述定位有动力vne和无动力vne指示线，包括：
23.将roi区域转换到hsv颜色空间，再经过二值化阈值进行划分，分别得到对应于红色的第一二值图像，以及对应于白色的第二二值图像；其中，第一二值图像中包含有动力vne的指示线，第二二值图像中包含无动力vne的指示线；
24.对于第一二值图像、第二二值图像，采用霍夫变换进行直线检测，并利用有动力vne和无动力vne所对应的指示线的长度特征筛选其中符合条件的直线，从而分别在第一二值图像、第二二值图像中得到有动力vne指示线和无动力vne指示线的上、下边缘所在位置，最后以上、下边缘的中心位置作为有动力vne指示线所在位置和无动力vne指示线所在位置。
25.进一步地，所述提取空速刻度表中的实时空速区域，包括：
26.首先利用hsv颜色空间对空速刻度表进行颜色特征提取，并将其转换为二值图像，随后采用霍夫变换得到实时空速区域的上下直线，从而定位实时空速区域。
27.进一步地，所述对实时空速进行识别，包括：
28.采用垂直投影法对实时空速区域字符进行分割，首先确定图像中字符的大致高度范围，然后确定每个字符的左起始和右终止位置，分别自下而上和自上而下，逐行扫描，来
获取每个字符精确的高度范围；
29.采用模板匹配算法对单个数字进行识别，其中模板匹配采用特征点的相似性度量进行匹配，从而实现源图像和模板图像的准确匹配。
30.进一步地，所述定位到参考刻度所对应的值和位置，包括：
31.通过模板匹配的方法对图像上下参考刻度位置进行识别与定位，具体为：
32.a)制作模板库，模板库中每一张模板图像都是整十的数字，且图片以该数值进行命名；
33.b)对刻度带的数值区域进行提取，从而使得宽度与模板图像宽度相同；
34.c)首先根据识别出的实时空速，确定上参考刻度模板和下参考刻度模板，具体为将实时空速加、减一个增量，然后在模板库中找出与实时空速加上增量后、减速增量后最接近的模板作为上参考刻度模板和下参考刻度模板；
35.d)从模板库中读取上参考刻度模板，并从上至下依次对刻度带区域进行滑动，每滑动一次得到一个相似度，相似度最大的位置即为上参考刻度的位置；对于下参考刻度的定位，重复上述步骤即可。
36.进一步地，通过位置关系换算得到有动力vne和无动力vne所对应指示线的估算值，具体公式为：
[0037][0038]
其中，
su
、
sd
、
svne
分别表示上参考刻度值、下参考刻度值和vne估算值，
lu
、
ld
分别表示上参考刻度坐标、下参考刻度坐标；
[0039]
lvne
表示有动力vne指示线所在位置或无动力vne指示线所在位置，将有动力vne指示线所在位置或无动力vne指示线所在位置分别代入上述公式，所计算出来的vne估算值即为有动力vne估算值、无动力vne估算值。
[0040]
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
[0041]
1.本发明提供了一种结合相机和图像处理算法的软硬件系统，能够实现用例仿真激励、图像采集、vne识别、测试结果对比输出；本发明提供了一种基于图像处理的机载显示设备vne自动化测试方法，实现准确且自动的vne测试。
[0042]
2.本发明中的自动识别算法，通过图像预处理、指示线定位、空速区域获取、参考刻度值定位、vne值估算等过程，从而实现vne值的估算，将实时动态变化的机载显示设备中的vne值进行实时识别，不仅实现了vne的自动识别，还可用于机载vne告警。
[0043]
3.从方法本质上讲，由于发明采用了图像处理等相关方法，所涉及的应用场景可以延伸到其他领域，从而实现其他参数的识别、告警以及自动化测试。从系统角度上讲，由于发明是独立于待测试设备的第三方，因此无需知道待测试设备的通信协议，从而使得机载显示设备的安全性得到了充分的保证。
附图说明
[0044]
图1为本发明系统框架示意图；
[0045]
图2为vne识别流程图；
[0046]
图3为本发明实施例中一个空速刻度表的示意图。
具体实施方式
[0047]
本发明首先提出了一种全新的基于图像处理的vne自动化测试系统，采用软硬件平台实现，实现的硬件需要一台相机，用于图像采集。通过该系统可以实现图像采集、vne自动识别、测试结果显示与输出，进而实现高效的自动化测试，并提升测试的精度，所述vne自动化测试系统包括：
[0048]
1.仿真激励模块
[0049]
从测试用例表中读取测试用例，获取测试用例中的高度、旋翼转速、温度以及质量等传感器参数，并将这些参数注入到vne计算模型中，从而激励得到vne的数值，并将该vne数值表现在直升机机载显示设备的空速刻度表中。
[0050]
在所述的空速刻度表中，刻度表示不同的空速，有动力vne在空速刻度表中以红色刻度线表示，无动力vne在空速刻度表中的以红白相间的虚线来表示；空速刻度表中还设置有实时空速区域，用于显示实时空速。
[0051]
测试用例表中包含高度、旋翼转速、温度、质量等传感器参数，以及有动力vne和无动力vne的真值。
[0052]
2.图像采集模块
[0053]
利用相机对直升机机载显示设备界面进行图像采集，其中相机采集的过程受测试用例的触发，仿真激励模块每读取一次测试用例，相机采集一张图像。
[0054]
3.vne识别模块
[0055]
根据采集的图像进行vne参数解析，其过程包括图像预处理、指示线定位、参考刻度识别、vne值估算；通过执行上述过程，可以从图像中vne指示标识符解析出测试值，以便后续与真值进行结果判别。
[0056]
4.结果判别与输出模块
[0057]
从测试用例表中读取测试用例的有动力vne和无动力vne的真值，并将该真值与解析得到的测试值进行结果判别，当两者差值在设定的误差范围内，则判别识别正确；当测试用例表中的所有测试用例执行结束，根据执行结果输出统计图表。
[0058]
本发明还提出一种全新的vne自动化测试方法，首先读取测试用例表，通过单个测试用例触发相机对机载显示设备界面进行图像采集，然后利用图像处理算法对采集的图像进行vne识别，最后将测试用例和识别结果进行对比，从而实现比对结果正确与否的输出，所有测试用例运行完毕之后输出测试统计图表。具体包括以下步骤：
[0059]
步骤1，测试用例导入
[0060]
读取测试用例表，并对相机进行初始化，确保其工作状态；通过单一测试用例中传感器高度、旋翼转速、温度以及质量等参数，对vne计算模型进行参数注入，机载显示设备的空速刻度表中显示vne数值的指示结果。
[0061]
步骤2，图像采集
[0062]
读取单个测试用例并产生触发信号，使得相机采集机载显示设备界面图像；每一次触发信号采集一帧图像，对应一个测试用例。
[0063]
步骤3，图像预处理
[0064]
计算机在接收到图像数据后，进行图像预处理，通过去噪和增强突出图像的细节。其中采用高斯滤波对图像进行去噪处理。
[0065]
步骤4，指示线定位
[0066]
提取空速刻度表所在区域，并定位有动力vne和无动力vne指示线，具体如下：
[0067]
4.1roi区域提取
[0068]
在测试开始之前，固定相机的位置，采集一帧机载显示设备界面图像，采用交互的方式获得空速刻度表的位置信息，将空速刻度表所在区域作为roi区域；即通过鼠标选取空速刻度表的角点并记录位置；在后续采集机载显示设备界面图像时，利用所记录的位置可定位到roi区域。
[0069]
4.2图像二值转换
[0070]
根据指示线的颜色特征，红色实线代表有动力vne，红白相间线表示无动力vne；将roi区域转换到hsv颜色空间，再经过二值化阈值进行划分，分别得到对应于红色的第一二值图像，以及对应于白色的第二二值图像；其中，第一二值图像中包含有动力vne的指示线，第二二值图像中包含无动力vne的指示线。
[0071]
4.3指示线定位
[0072]
对于第一二值图像、第二二值图像，采用霍夫变换进行直线检测，并利用有动力vne和无动力vne所对应的指示线的长度特征筛选其中符合条件的直线，从而分别在第一二值图像、第二二值图像中得到有动力vne指示线和无动力vne指示线的上、下边缘所在位置，最后以上、下边缘的中心位置作为有动力vne指示线所在位置和无动力vne指示线所在位置。
[0073]
步骤5，参考刻度识别
[0074]
提取空速刻度表中的实时空速区域，并对实时空速进行识别，从而定位到参考刻度所对应的值和位置；
[0075]
5.1空速区域提取
[0076]
根据实时空速区域在图像上的特征表示，可以借助该区域上下直线进行定位，首先利用hsv颜色空间进行颜色特征提取，并将其转换为二值图像，随后采用霍夫变换得到实时空速区域的上下直线，从而定位实时空速区域。
[0077]
5.2字符分割
[0078]
采用垂直投影法对实时空速区域字符进行分割，首先确定图像中字符的大致高度范围，然后确定每个字符的左起始和右终止位置，分别自下而上和自上而下，逐行扫描，来获取每个字符精确的高度范围。
[0079]
5.3单个字符识别
[0080]
采用模板匹配算法对单个数字进行识别，其中模板匹配采用特征点的相似性度量进行匹配，从而实现源图像和模板图像的准确匹配，达到简单、快速且精度较高的识别。
[0081]
5.5参考刻度定位
[0082]
为了定位实时空速上下参考刻度的位置，需要对图像上下参考刻度位置进行识别
与定位，模板匹配的步骤为：
[0083]
a)由于空速刻度表中刻度带上的刻度值都是整十的数，因此模板库可以针对这一特性进行制作，即每一张模板图像都是整十的数字，且图片以该数值进行命名。
[0084]
b)为了提升模板匹配的效率，对刻度带的数值区域进行提取，从而使得宽度与模板图像宽度相同。
[0085]
c)首先根据识别出的实时空速，确定上参考刻度模板和下参考刻度模板，具体为将实时空速加、减一个增量，然后在模板库中找出与实时空速加上增量后、减速增量后最接近的模板作为上参考刻度模板和下参考刻度模板；
[0086]
d)从模板库中读取上参考刻度模板，并从上至下依次对刻度带区域进行滑动，每滑动一次得到一个相似度，相似度最大的位置即为上参考刻度的位置；对于下参考刻度的定位，重复上述步骤即可。
[0087]
步骤6，vne值估算
[0088]
将上下参考刻度通过位置关系换算得到有动力vne和无动力vne所对应指示线的估算值。
[0089]
当得到上下参考刻度的位置后，直接采用相对位置关系换算得到有动力vne和无动力vne的指示线处的读数，即vne估算值。具体的公式表达为：
[0090][0091]
其中，
su
、
sd
、
svne
分别表示上参考刻度值、下参考刻度值和vne估算值，
lu
、
ld
分别表示上参考刻度坐标、下参考刻度坐标；
[0092]
lvne
表示步骤4.3计算得到的有动力vne指示线所在位置或无动力vne指示线所在位置，将有动力vne指示线所在位置或无动力vne指示线所在位置分别代入上述公式，所计算出来的vne估算值即为有动力vne估算值、无动力vne估算值。
[0093]
步骤7，结果比对
[0094]
将有动力vne和无动力vne估算值与测试用例表中的有动力vne真值、无动力vne真值进行对比，从而得到测试结果，经过显示并输出。
[0095]
以上实施例仅用于说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。