基于红外与微光双原融合远观的航空机载视觉增强系统的制作方法

本实用新型涉及航空设备机载观察侦测设备的结构改进技术，属于，尤其是基于红外与微光双原融合远观的航空机载视觉增强系统。

背景技术：

AVES机载视觉增强系统广泛应用于航空领域以提高在如夜航、浓雾或尘烟等环境类低照度低能见度下的飞行安全性。

单原AVES已经拥有成熟的产品但依然存在各自的局限性，可见光技术可以在能见度较高的白天提升目视距离。微光技术可以在低照度且能见度较高的条件下进行远距离观测。但在浓雾或尘烟较多的环境下，需要进行算法补偿来改善图像质量。红外温度感应技术则无视距要求，但其成像边缘线较差，只能显示大体的轮廓。单源AVES由于各自采用技术的的特点，在使用过程中存在局限性，不能满足多样性的环境变化。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供基于红外与微光双原融合远观的航空机载视觉增强系统，以解决上述技术问题。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：包括机体、视频采集箱、红外摄像机、微光摄像机、视频箱体、融合处理机、FPGA开发板、融合机壳和MFD多功能专用显示器；机体上安装视频采集箱、融合处理机和MFD多功能专用显示器；其中，视频采集箱外部有视频箱体，在视频箱体中安装有红外摄像机和微光摄像机，融合处理机外部安装融合机壳，融合机壳内安装FPGA开发板；视频采集箱同时连接到融合处理机和MFD多功能专用显示器，同时融合处理机连接到MFD多功能专用显示器。

尤其是，红外摄像机和微光摄像机的摄像镜头并列安装在视频箱体外壁上。

尤其是，融合处理机上安装工控机或嵌入式处理机。

尤其是，融合处理机长宽高不大于30×20×20(cm)。

尤其是，在融合处理机的融合机壳上安装有视频输入接口、视频输出接口、VGA输出端子和HDMI输出端子，FPGA开发板一方面连接内存DDR2，一方面连接ARM处理器，同时，FPGA开发板与ARM处理器同时还分别连接TW2867、SAA7171、ADV7123以及SIL9134；而且，视频输入接口通过TW2867接入FPGA开发板，SAA7171、ADV7123以及SIL9134各自对应分别连接到视频输出接口、VGA输出端子和HDMI输出端子。

本实用新型的优点和效果：采用微光和红外融合的模块化整体设计，提升飞行员视觉和障碍感知能力，尤其在低照度和低可视度下为飞行员提供足够的环境信息，通过多功能显示器分辨和识别主要地形目标，减少飞行撞地和重着陆等危险。设备体积小、重量轻，机载观察侦测目标作用距离大于5km。视觉效果增强50％。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中融合处理机及FPGA开发板框架图

附图标记包括：

机体1、视频采集箱2、红外摄像机201、微光摄像机202、视频箱体203、融合处理机3、FPGA开发板301、视频输入接口3011、视频输出接口3012、VGA输出端子3013、HDMI输出端子3014、融合机壳302、MFD多功能专用显示器4、载机5。

具体实施方式

本实用新型原理在于，单源AVES在低照度、低能见度环境下，适应性不强，采用微光和红外融合的技术，利用微光摄像机的夜视能力及红外摄像机的低照度感应能力，配以优化算法，以解决单源AVES的不足。

本实用新型包括：机体1、视频采集箱2、红外摄像机201、微光摄像机202、视频箱体203、融合处理机3、FPGA开发板301、融合机壳302和MFD多功能专用显示器4。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图1所示，机体1上安装视频采集箱2、融合处理机3和MFD多功能专用显示器4；其中，视频采集箱2外部有视频箱体203，在视频箱体203中安装有红外摄像机201和微光摄像机202，融合处理机3外部安装融合机壳302，融合机壳302内安装FPGA开发板301；视频采集箱2同时连接到融合处理机3和MFD多功能专用显示器4，同时融合处理机3连接到MFD多功能专用显示器4。

前述中，红外摄像机201和微光摄像机202的摄像镜头并列安装在视频箱体203外壁上。

前述中，融合处理机3上安装工控机或嵌入式处理机。

前述中，融合处理机3长宽高不大于30×20×20(cm)。

前述中，如附图2所示，在融合处理机3的融合机壳302上安装有视频输入接口3011、视频输出接口3012、VGA输出端子3013和HDMI输出端子3014，FPGA开发板301一方面连接内存DDR2，一方面连接ARM处理器，同时，FPGA开发板301与ARM处理器同时还分别连接TW2867、SAA7171、ADV7123以及SIL9134；而且，视频输入接口3011通过TW2867接入FPGA开发板301，SAA7171、ADV7123以及SIL9134各自对应分别连接到视频输出接口3012、VGA输出端子3013和HDMI输出端子3014。

本实用新型实施例中，组成整体系统设备机体1包括三部分：即视频采集箱2、融合处理机3和MFD多功能专用显示器4；机体1安装在航空设备载机5上，其中：

视频采集箱2由红外摄像机201、微光摄像机202和视频箱体203物理外壳组成，尽可能使采集到的图像位置一致，使处理后的目标图像精确。

融合处理机3中安装FPGA开发板301，外部安装融合机壳302，通过连接电缆与其他部分相连，进行数据通讯。其中，FPGA开发板301支持软件系统工作。

MFD多功能专用显示器4将目标场景显示出来，并实现放大，旋转等功能。

本实用新型实施例中，系统各模块关系包括：视频采集箱2同时连接到融合处理机3和MFD多功能专用显示器4，而且，融合处理机3也连接到MFD多功能专用显示器4，进一步的，由MFD多功能专用显示器4连接到载机5。

本实用新型实施例中，FPGA(Field－Programmable Gate Array)开发板301，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既克服了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

本实用新型实施例中，视频采集箱2功能原理为：红外摄像机201对目标视场采集红外图像并输出红外图像信号，与此同时，微光摄像机202对目标视场采集微光图像并输出微光图像信号。

本实用新型实施例中，融合处理机3图像融合基本原理包括，由红外摄像机201采集红外图像经过视频采集箱2输入融合处理机3通过过滤背景得到红外过滤图像，进一步的，再与由微光摄像机202采集的微光图像经过视频采集箱2输入融合处理机3进行处理得到融合图像。

本实用新型实施例中，整体系统设备主要技术指标：

1)物理角度；

设备体积小、重量轻，针对不同的航空器进一步优化后，可配装各类直升机和选装其他低空通用航空器。

2)作用距离；

机载观察侦测目标作用距离大于5km。

3)成像效果；

视觉效果比未融合处理时增强50％。

4)环境条件；

(1)工作温度：0℃～40℃。

(2)工作环境；全天候、全空时工作，抗太阳光灼伤，无论白天、黑夜，均能穿越烟雾、尘土、雨雾。

5)维修性；AVES各分系统及其部组件具有可维修性。

6)安全性；AVES满足对飞行器和对操作人员的安全，安全设计符合《电气设备安全设计导则》、《系统安全性通用大纲》等标准。

7)电源；航空电源24～28VDC供电，功耗＜30W。

8)实时性；从图像采集到融合处理到MFD图像显示，延时≤10ms。特殊项目可以提更高的指标。

9)小型化；融合处理机3在满足航空标准的前提下，体积尽可能小，长宽高不大于30×20×20(cm)。

本实用新型实施例中，硬件模块通过读取微光摄像机202和红外摄像机201的照片，将微光照片完全保留，通过把红外图像中的目标物体识别出来并融合进入微光图像实现图像融合。视频采集箱2实时采集图像后，对图像预处理，通过算法来还原周边环境和障碍物像形式在MFD多功能专用显示器4上，并对障碍物进行报警。在图像融合过程中，基于FPGA开发板301根据需求替换软件算法的实现平台，并通过迭代来实现红算法的优化与更新。其中：

1)过滤红外摄像机的图像，仅剩下灰度较高的部分，即温度比较高的图像，比如人形和车辆；

2)将过滤后的图像与微光摄像头的图像融合，取微光摄像头的低频背景，以及两幅图像各自的高频分量，红外摄像头过滤之后仅剩高频分量。

本实用新型实施例在实施过程中，根据项目需求，分析用户要求，应用场景，决定融合处理机3是采用工控机还是嵌入式处理机。其中：

如果融合处理机3采用工控机，通过将算法软件实现，研制周期短，成本低，但其处理速度较慢，跟算法复杂度以及工控机的运算速度有密切关系。

如果融合处理机3采用嵌入式处理机，就是算法硬件实现，比如单片机、ARM、FPGA和DSP等。处理速度相对较快，尤其是DSP和FPGA实现已经达到us级别。但相对成本较高，研制周期长。

本实用新型实施例，根据应用场景，确定融合处理机3和视屏采集箱2的设计和在机体1以及载机5上安装位置：例如：

对于应用在直升机、民航飞机类型的载机5上时，需将融合处理机3放在驾驶室里，对小型化要求较高。其中视频采集箱2一般会做成流线型吊舱形式。对机械外形有着严格的要求，必须满足航空相关标准。

应用在无人机类型的载机5上时，融合处理机3放置在总控室内，视频采集箱2可以放置在无人机前端。因此需要用到空对地无线图传。

应用在机场上，融合处理机3放置在总控室内，视频采集箱2带云台且有跟踪识别功能，也可以选择固定在地面。