本发明专利技术属于图形监控技术领域，涉及一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法，包括以下步骤：步骤一：制作空速字符匹配模板；步骤二：采集PFD画面空速显示图像，对空速显示图像二值化处理后存储；步骤三：基于滑动误差匹配将存储的空速图像与空速字符匹配模板匹配，得到匹配误差最小值对应的空速图像在空速字符匹配模板上的坐标；步骤四：根据所述坐标判断空速图像中显示的数值字符；步骤五：根据所述数值字符及各个数值字符权重求和得到空速值并输出。值并输出。值并输出。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法
[0001]本专利技术涉及图形监控
，特别针对航空飞行器数字显示器PFD画面中空速的监控，具体涉及一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法。
技术介绍
[0002]航空器的数字显示器是实现人机交互的重要组成，数字显示器通过机载总线接收各个传感器采集到的参数信息，通过GPU将其绘制在显示屏幕上，飞行员通过数字显示器的不同画面获取航空器的各项参数信息，其中的PFD画面承担了最为重要的飞行参数显示，比如空速、气压高度、俯仰角、横滚角、公制马赫数，如图1所示。
[0003]为了提升数字显示器的可靠性，提升平均故障间隔时间，需要对GPU输出的显示画面进行监控，进一步的，对直接对GPU画面输出的视频数据流进行实时监控能够提高监控的置信度。考虑到CPU、GPU处理资源有限、实时性的监控要求及编程的灵活性，选用FPGA是一种非常有潜力的方法。
[0004]GPU绘制的图像，是经过渲染、反走样处理的，这些处理虽然能使画面在人眼看起来质量更高，但对FPGA进行图形监控来说，反而引入了干扰，且空速参数的特性为滚动显示，在某一时刻，总会出现空速显示窗中出现两个数字的情况，这会对正确识别空速参数产生干扰。这些是通过FPGA实现高可靠性的图形监控识别的主要难题。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：本专利技术提供一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法，该方法基于最小模板匹配误差实现，能够有效抵抗视频通路的视频因GPU渲染、反走样引起的图形畸变，在数字不断滚动的空速显示窗中提取正确的空速数字或空速故障标志，提高显示可靠性，提升平均故障间隔时间，保证飞行安全。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：制作空速字符匹配模板；
[0009]步骤二：采集PFD画面空速显示图像，对空速显示图像二值化处理后存储；
[0010]步骤三：基于滑动误差匹配将存储的空速图像与空速字符匹配模板匹配，得到匹配误差最小值对应的空速图像在空速字符匹配模板上的坐标；
[0011]步骤四：根据所述坐标判断空速图像中显示的数值字符；
[0012]步骤五：根据所述数值字符及各个数值字符权重求和得到空速值并输出。
[0013]进一步,所述步骤一中，空速字符匹配模板包括十三个竖直排列的字符，从上到下依次为0,9,8,7,6,5，4,3,2,1，0,1，“block”；“block”表示带斜条纹的白色长方形。
[0014]进一步,所述步骤一中，依次制作各个字符的字符模板，然后按照PFD画面中字符显示间距将各个字符的字符模板依次拼接得到空速字符匹配模板，
[0015]任一字符的字符模板通过以下方式制作：
[0016]收集不同显示情况下同一字符对应的不同图像，设置二值化阈值初值对不同图像进行二值化处理得到多个二值化图像，选择一副二值化图像做为该字符的字符模板样本，与该字符的其他二值化图像进行匹配，当任意一对二值化图像之间不能匹配的总点数不超过字符模板样本总点数的5％时，选择该字符模板作为最终模板，否则调整二值化阈值初值或选取新的二值化图像作为字符模板样本进行迭代匹配直至满足要求。
[0017]进一步,所述步骤二中，采集PFD画面并进行二值化，裁剪出只包括空速数值的二值化图像，分别截取百位、十位、个位的二值化图像分别存储。
[0018]进一步,所述步骤三中，将百位、十位、个位的二值化图像分别与空速字符匹配模板进行滑动误差匹配；
[0019]在空速字符匹配模板上按照从上到下的方向滑动，每滑动一个像素点，计算一次二值化图像与空速字符匹配模板之间的匹配误差，并记录此时二值化图像于空速字符匹配模板匹配的纵向位置，当二值化图像滑动到最下方时，匹配完成，输出匹配误差最小值对应的纵向位置坐标Y
百
、Y
十
、Y
个
。
[0020]进一步,所述步骤四中，首先根据个位二值化图像与空速字符匹配模板匹配得到的个位纵向位置坐标Y
个
判断个位对应的字符；然后再根据个位字符的判断结果和十位纵向坐标位置Y
十
、百位纵向坐标位置Y
百
分别对十位和百位对应的字符进行判断。
[0021]进一步,所述步骤四中，个位对应的字符判断过程如下：
[0022]根据个位纵向位置坐标Y
个
与空速字符匹配模板中的个位纵坐标阈值划分结果进行比对，得到个位字符识别结果，如下表所示：
[0023][0024]其中，O_10表示空速字符匹配模板中第一个0字符的起始纵坐标；0_i表示字符i的起始纵坐标，i取值为9
‑
1,0_0表示第二个0字符的起始纵坐标；0_END表示第二个0字符与第
二个1字符之间的坐标。
[0025]进一步,所述步骤四中，根据个位字符的判断结果，十位纵向坐标位置Y
十
、百位纵向坐标位置Y
百
与空速字符匹配模板中的非个位纵坐标阈值划分结果进行比对，对十位或百位对应的字符判断如下表所示：
[0026][0027]H/D_10_1为空速字符匹配模板中第一个0字符的起始纵坐标，H/D_10_2为将第一个0字符沿纵向7/3划分且靠下的纵坐标位置；
[0028]H/D_i_1和H/D_i_2为将空速字符匹配模板中字符i沿纵向3/4/3划分的纵坐标位置；H/D_0_1和H/D_0_2为将空速字符匹配模板中第二个0字符沿纵向3/4/3划分的纵坐标位置；H/D_H1_1和H/D_H1_2为将空速字符匹配模板中第二个1字符沿纵向3/4/3划分的纵坐标位置；H/D_B_1为将空速字符匹配模板中block字符3/7划分的纵坐标位置，H/D_B_2为空速字符匹配模板中block字符的末尾纵坐标。
[0029]进一步,所述步骤一中，还包括：制作空速故障标志模板，空速故障标志为SPD；空速故障标志模板仅包含字符SP；空速故障标志模板制作方式与空速字符匹配模板相同。
[0030]进一步,所述方法还包括：步骤六：采集PFD画面空速显示图像并进行二值化处理，基于滑动误差匹配将二值化后的空速显示图像与空速故障标志模板进行匹配，当最小匹配误差高于空速故障标志模板总字符点数的10％时，判定未显示空速故障标志，空速正常；否则判定显示空速故障表示，空速异常。
[0031]本专利技术具有以下有益效果：
[0032]1、以实际的显示画面为基础，得到特制的空速识别图形模板，此模板能有效抵抗由于GPU绘图时渲染、反走样处理时引入的图形边界模糊及图形显示位置在二值化后轻微偏移的问题；
[0033]2、将二值化的空速图像在空速模板中进行滑动匹配，根据最小匹配误差得到空速百位、十位、个位的数值，或者识别到空速故障标志。
附图说明
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA实现的PFD画面中空速参数监控方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：制作空速字符匹配模板；步骤二：采集PFD画面空速显示图像，对空速显示图像二值化处理后存储；步骤三：基于滑动误差匹配将存储的空速图像与空速字符匹配模板匹配，得到匹配误差最小值对应的空速图像在空速字符匹配模板上的坐标；步骤四：根据所述坐标判断空速图像中显示的数值字符；步骤五：根据所述数值字符及各个数值字符权重求和得到空速值并输出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，空速字符匹配模板包括十三个竖直排列的字符，从上到下依次为0,9,8,7,6,5，4,3,2,1，0,1，“block”；“block”表示带斜条纹的白色长方形。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，依次制作各个字符的字符模板，然后按照PFD画面中字符显示间距将各个字符的字符模板依次拼接得到空速字符匹配模板，任一字符的字符模板通过以下方式制作：收集不同显示情况下同一字符对应的不同图像，设置二值化阈值初值对不同图像进行二值化处理得到多个二值化图像，选择一副二值化图像做为该字符的字符模板样本，与该字符的其他二值化图像进行匹配，当任意一对二值化图像之间不能匹配的总点数不超过字符模板样本总点数的5％时，选择该字符模板作为最终模板，否则调整二值化阈值初值或选取新的二值化图像作为字符模板样本进行迭代匹配直至满足要求。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤二中，采集PFD画面并进行二值化，裁剪出只包括空速数值的二值化图像，分别截取百位、十位、个位的二值化图像分别存储。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，将百位、十位、个位的二值化图像分别与空速字符匹配模板进行滑动误差匹配；在空速字符匹配模板上按照从上到下的方向滑动，每滑动一个像素点，计算一次二值化图像与空速字符匹配模板之间的匹配误差，并记录此时二值化图像于空速字符匹配模板匹配的纵向位置，当二值化图像滑动到最下方时，匹配完成，输出匹配误差最小值对应的纵向位置坐标Y
百
、Y
十
、Y
个
。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤四中，首先根据个位二值化图像与空速字符匹配模板匹配得到的个位纵向位置坐标Y
个
判断个...
【专利技术属性】
技术研发人员：李立，孙远，王希奇，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。