专利名称:一种基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，包括综合显控处理单元，所述综合显控处理单元分别连接有液晶显示器、控制面板、视频采集单元、大容量非易失存储器、卫星导航模块和障碍物数据库。该装置为一种障碍物数据库和实时视频图像相结合的显示和告警装置，通过障碍物数据计算，给出具有三种告警显示方式的障碍物告警显示界面，并和真实场景比对，可以准确地判断障碍物位置和形状。
【专利说明】一种基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及飞机安全规避领域，尤其涉及一种实时视频图像的机载障碍物显示及告警装置。
【背景技术】
[0002]据民航的安全报告以及不安全事件统计分析报告的描述，飞机在飞行过程中，尤其是在低空飞行过程中，极易与小山、高压线等障碍物撞击发生危险，给民航生产带来经济上的损失，对飞行员和乘客的生命安全也造成了一定威胁。因此研制一套障碍物识别系统对飞机安全具有重要意义。
[0003]为了探测飞机周围的障碍物，一般加装激光测距装置，实时测量飞机与周围物体的距离，给出近地告警信号。或者加装近地告警设备，通过雷达探测离地面高度。这种装置价格昂贵，设备复杂，维护成本高，仅适用于大型飞机。
[0004]有些飞机装配多功能显示器，带有电子地图和障碍物数据库，将障碍物叠加显示在电子地图上。这种方法比较直观，但由于数据库更新不及时，飞行员无法确认数据库是否准确，也不能及时发现数据库之外新增加的障碍物。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种在视频图像上叠加障碍物符号的显示告警装置，该装置为一种障碍物数据库和实时视频图像相结合的显示和告警装置，通过障碍物数据计算，给出具有三种告警显示方式的障碍物告警显示界面，并和真实场景比对，可以准确地判断障碍物位置和形状。
[0006]本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的:
[0007]一种基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，包括综合显控处理单元，所述综合显控处理单元分别连接有液晶显示器、控制面板、视频采集单元、大容量非易失存储器、卫星导航模块和障碍物数据库。
[0008]可选的，所述视频采集单元进一步连接有摄像头，所述摄像头为PAL或者NSTC格式模拟视频信号，分辨率为720x576，帧率为25fps的摄像头。
[0009]可选的，所述大容量非易失存储器为SD卡或者NAND FLASH存储器。
[0010]可选的，所述综合显控处理单元包括障碍物数据库，与障碍物数据库分别相连的障碍物显示单元和障碍物数据处理单元；所述障碍物显示单元连接有视频显示器；所述障碍物数据处理单元连接有视频采集处理单元、告警管理单元和人际交互单元。
[0011]可选的，所述障碍物显示单元显示界面为上下两层，下层是实时视频图像界面，上层是障碍物分布图。
[0012]该装置可以在现有飞机多功能显示器上实现。
[0013]该装置将视频图像和障碍物数据通过坐标转换叠加在一起进行显示，给出不同级别的障碍物告警显示标志。目的是将障碍物与飞机下方实景对应起来显示，真实、准确地给出障碍物具体位置和周边情况，当发现飞机下方有障碍物时发出告警信号，通知飞行员确认障碍物位置，并及时调整航线。当飞行员发现障碍物显示和视频图像不一致时，还可以及时修正数据库错误，从而提高数据真实性和安全性。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型组成框图。
[0015]图2是综合显控处理单元组成框图。
[0016]图3是视频处理流程图。
[0017]图4是障碍物数据处理、告警和显示流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0019]如图1所示，本实用新型的基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，包括综合显控处理单元，所述综合显控处理单元分别连接有液晶显示器、控制面板、视频采集单元、大容量非易失存储器、卫星导航模块和障碍物数据库。
[0020]视频采集单元采集摄像头视频信号，转换为数字信号，发送给综合显控处理模块进行处理，经过缩放，与坐标系相匹配，送给显示器进行显示。视频采集单元进一步连接有摄像头，摄像头采集图像信息，将光信号转换为电信号，输出PAL或者NSTC格式视频，分辨率为720x576，帧率为25fps。
[0021]大容量非易失存储器一般为SD卡或者NAND FLASH存储器，存储可执行程序和障碍物数据库。
[0022]卫星导航模块接收卫星导航信号，计算出经玮度、高度数据，发送给综合显控处理丰旲块。
[0023]基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置采用按键或者旋钮人机交互方式，可以控制摄像头远近，调节障碍物分布图的比例尺。
[0024]综合显控处理单元包括障碍物数据库，与障碍物数据库分别相连的障碍物显示单元和障碍物数据处理单元；所述障碍物显示单元连接有视频显示器；所述障碍物数据处理单元连接有视频采集处理单元、告警管理单元和人际交互单元。
[0025]机载综合显控处理单元运行多任务实时操作系统，完成视频采集和处理、视频显示、障碍物数据处理、障碍物显示、告警管理和人机交互的功能，具有将视频和障碍物符号合成的障碍物告警显示界面。其组成框图如图2所示。
[0026]基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置的障碍物告警显示界面包括两层，下面是实时视频图像，上面是障碍物分布图，显示障碍物符号、位置和海拔高度。障碍物符号有红色、黄色、灰色三种颜色。红色表示危险、距离为30米以内；黄色表示注意，距离在30到300米；灰色表示安全，距离在300米以外。
[0027]视频采集单元采集摄像头视频图像，经过格式转换，大小裁剪，送给显示器进行显示。视频显示范围通过控制摄像头来调节，使得图像显示在窗口中，并与障碍物分布图匹配。
[0028]障碍物数据处理单元根据飞机当前位置和高度信息，从障碍物数据库读取障碍物经玮度和高度数据，经过处理后进行坐标系转换，生产平面分布图，在障碍物告警显示界面上显示。
[0029]基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置采用的坐标系为平面直角坐标系。障碍物数据库为WGS84坐标系，通过WGS84坐标向平面直角坐标转换，然后转换为屏幕坐标，进行显示。
[0030]告警管理单元周期读取飞机当前位置和周围障碍物信息，经过计算飞机与障碍物的距离，给出红色、黄色、灰色三种障碍物符号。如果飞机离障碍物过近，存在撞机危险时将相应障碍物符号变为红色闪烁状态，产生报警信号，提示飞行员与实际视频图像相比对，并根据判断结果做出响应。
[0031]人机交互单元完成摄像头控制、比例尺调节功能，实现飞机周围显示范围的设置、视频图像与障碍物显示图的匹配。
[0032]下面依次对本实用新型的系统设计、工作流程和使用方式作出一一介绍。
[0033]1.系统设计
[0034]综合显控处理模块采用高性能处理器，一般为500MHz以上基于ARM9或者A8的处理器，具有256MB以上的内存RAM和2G以上NAND FLASH，可以运行VxWorks或者QNX实时操作系统。
[0035]处理器集成视频控制器，用于处理视频数据；
[0036]处理器集成图形加速控制器，提高显示能力；
[0037]摄像头为PAL或者NSTC格式模拟视频信号，分辨率一般为720x576，帧率为25fps0
[0038]卫星导航模块采用GPS或者BD定位方式，输出经玮度、海拔高度、时间等信息。
[0039]障碍物数据库由机场空管资料室或者第三方航空数据提供商获取，以一定的格式存储在磁盘文件中。经过数据加工，生产二进制数据，存储到显控器非易失存储器中。
[0040]2.工作流程:
[0041]摄像头安装于飞机下方，正对地面。基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置通过摄像头采集飞机下方视频，将图像显示在障碍物告警显示界面中。同时从卫星导航模块读取飞机当前经玮度坐标，从障碍物数据库中提取飞机周围障碍物信息，经过坐标转换将WGS84坐标转换为平面坐标，然后根据屏幕显示比例尺转换为屏幕坐标，形成障碍物分布图，在障碍物告警显示界面中显示。
[0042]障碍物分布图通过按键或者旋钮调节比例尺，控制图形的缩放；同时视频图像可以通过摄像头调节缩放。
[0043]当障碍物分布图和视频图像显示相匹配时，即可在障碍物告警显示界面直观地观察飞机周围障碍物分布情况，引导飞机安全飞行。
[0044]2.视频处理流程
[0045]如图3所示:摄像头将外界光信号转换为PAL或者NSTC格式模拟视频信号，分辨率一般为720x576，帧率为25fps，送给视频采集模块。
[0046]视频采集模块采集模拟视频信号，转换为数字YUV信号，一般为YUV422或者YUV420格式数字视频信号，送给视频控制器。
[0047]视频控制器为处理器的一部分，完成YUV视频数据的预处理、大小裁剪、滤波、亮度调节功能，最后送到RAM存储器，以便处理器读取进行处理。
[0048]处理器读取RAM中的图像帧，将YUV格式视频数据转换为RGB888或者RGB565格式数据，将原始视频数据转换为显示器支持的数据格式。
[0049]视频显示读取视频格式转换后的数据，根据屏幕显示尺寸和显示范围裁剪视频尺寸，送给显示器上进行显示。显示帧率为25fps。
[0050]3.障碍物分布图产生、告警处理和显示
[0051]如图4所示，障碍物数据处理软件接收卫星导航模块的经玮度和高度数据。经玮度即为飞机当前坐标位置，根据该位置和屏幕显示范围从障碍物数据库中提取有效障碍物经玮度和高度信息。
[0052]根据飞机当前位置和高度，计算飞机离障碍物的距离，根据距离远近，将障碍物符号分为三种方式进行着色。30米以内的显示为红色闪烁状态，表示有危险障碍物；30米到300米范围内的显示为黄色，提醒飞行员注意，300米以外的显示为灰色，表示没有危险。
[0053]将处理后的障碍物数据经过WGS84坐标-大地屏幕坐标转换公式转换为大地平面坐标，再根据比例尺和屏幕显示范围转换为屏幕坐标，将障碍物符合按照坐标生产分布图，并标注海拔高度，送到障碍物告警显示界面上进行显示。
[0054]障碍物显示速率与视频显示同步，因此帧率也是25fps。
[0055]4.障碍物危险告警判断
[0056]当障碍物分布图中有红色障碍物符号出现时，表示飞机周围具有危险障碍物。飞行员观察障碍物高度和真实视频信息，判断是否具有撞机危险。如果发现障碍物分布图与实物不一致，表示障碍物数据库需要进行修正。
[0057]5.使用步骤:
[0058]I)飞机在一定的高度上飞行
[0059]2)障碍物分布图以设定的比例尺显示在障碍物告警显示界面中，飞机符号在窗口中间，周围显示障碍物的符号和高度值。
[0060]3)当障碍物分布图的比例尺不合适时，调节按键或者旋钮，使得障碍物分布图大小满足飞行员视野的要求。
[0061]4)调节摄像头远近，使得视频图像显示在障碍物告警显示界面中，并与障碍物符号的位置吻合。
[0062]5)飞行员可以形象地看到障碍物位置和周边情况。
[0063]6)当飞行高度变化时，适当调节障碍物分布图的比例尺或者视频图像大小，使得显示范围合适。
[0064]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的【具体实施方式】仅限于此，对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
【权利要求】
1.一种基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，其特征在于:包括综合显控处理单元，所述综合显控处理单元分别连接有液晶显示器、控制面板、视频采集单元、大容量非易失存储器、卫星导航模块和障碍物数据库。2.如权利要求1所述的基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，其特征在于:所述视频采集单元进一步连接有摄像头，所述摄像头为分辨率为720x576，帧率为25fps的摄像头。3.如权利要求1所述的基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，其特征在于:所述大容量非易失存储器为SD卡或者NAND FLASH存储器。4.如权利要求1所述的基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，其特征在于:所述综合显控处理单元包括障碍物数据库，与障碍物数据库分别相连的障碍物显示单元和障碍物数据处理单元；所述障碍物显示单元连接有视频显示器；所述障碍物数据处理单元连接有视频采集处理单元、告警管理单元和人际交互单元。5.如权利要求4所述的基于视频图像的机载障碍物显示及告警装置，其特征在于:所述障碍物显示单元显示界面为上下两层，下层是实时视频图像界面，上层是障碍物分布图。
【文档编号】B64D43-00GK204303178SQ201420773882
【发明者】刘成茂, 李炜, 王晓永 [申请人]西安航空电子科技有限公司