基本信息
- 項目名稱：
- 一種用于航空飛行器的機載影像采集設備
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 由于航空飛機工作環(huán)境的特殊性，對裝載在飛機上的高清攝像機在影像數(shù)據(jù)的清晰度和實時處理上要求較高。本作品采用2路高清GigE相機和2路PAL制式模擬相機采集圖像，通過FPGA的SerialLite II高速收發(fā)協(xié)議將壓縮后的數(shù)據(jù)送往存儲設備，并通過百兆網(wǎng)絡輸出給PCM編碼器，再下傳到地面設備進行實時顯示。實現(xiàn)了座艙數(shù)字高清影像的采集與傳輸。
- 詳細介紹：
- 由于航空飛機工作環(huán)境的特殊性，對裝載在飛機上的高清攝像機在影像數(shù)據(jù)的清晰度和實時處理上要求較高。本作品采用2路高清GigE相機和2路PAL制式模擬相機采集圖像，通過FPGA的SerialLite II高速收發(fā)協(xié)議將壓縮后的數(shù)據(jù)送往存儲設備，并通過百兆網(wǎng)絡輸出給PCM編碼器，再下傳到地面設備進行實時顯示。實現(xiàn)了座艙數(shù)字高清影像的采集與傳輸。本作品具有以下先進性： 1、傳統(tǒng)模擬像機分辨率不高，并要受到A/D轉換、電磁傳輸干擾、隔行掃描、D1畫面的合成反交錯等視頻損傷的影響，而且視頻信號中的亮度與色度信號占用了相同的頻帶，在梳狀濾波時很難將其徹底分離，導致雜色斑點與色滲透現(xiàn)象。本作品采用數(shù)字信號傳輸，將光信號轉化為數(shù)字信號，由DSP進行圖像壓縮與處理，在抗電磁干擾性、逐行掃描、畫面分辨率、色彩層次感和飽和度等方面都擁有巨大的優(yōu)勢。 2、目前工業(yè)相機都是結合帶千兆網(wǎng)口的PC使用，沒有針對普通百兆網(wǎng)PC的相應嵌入式方案。本作品提出的設計方案將GIGE技術應用于嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)PC嵌入式系統(tǒng)的遠距離高速通信，克服了傳統(tǒng)采集設備的無法脫離PC機的不足。 3、本作品經過了嚴格的抗震性設計和抗震性試驗，可以輕松應對航空飛行器上的苛刻條件。 4、本作品具備了完整的自身系列和齊備的配套設施，具有很高的市場推廣價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計的目的：隨著數(shù)字圖像處理技術和數(shù)字視頻壓縮技術的不斷進步，其通用文件管理方式和越來越清晰的圖像效果也受到航空電子系統(tǒng)的青睞,由于航空飛機工作任務的特殊性和重要性，DVR系統(tǒng)的國產化成為迫切要求。思路：通過相機上的外同步控制，相機采用外同步模式方式工作。4路相機數(shù)據(jù)經過復接后壓縮，然后通過高速接口輸出到專用記錄儀存儲數(shù)據(jù)。筆記本能夠通過百兆網(wǎng)對相機參數(shù)以及采集設備進行配置，并對相機進行預覽。系統(tǒng)還具備IRIG-B時間碼同步功能。創(chuàng)新點：本產品采用2路JAI2030或2040千兆網(wǎng)相機+2路PAL制式模擬相機進行影像采集，保證采集的影像的高清晰度，并可對思路圖像進行復接存儲；采集到的影像數(shù)據(jù)既能通過筆記本百兆網(wǎng)口進行預覽，同時也能通過PCM技術，利用無線網(wǎng)進行預覽。技術關鍵：在實現(xiàn)千兆以太網(wǎng)接口的方案中，在FPGA的平臺上利用參數(shù)化的千兆以太網(wǎng)MAC IP核來實現(xiàn)千兆網(wǎng)接口的MAC層；本項目提出的基于FPGA的GIGE技術的數(shù)據(jù)傳輸板的設計方案，將GIGE技術應用于嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)pc嵌入式系統(tǒng)的遠距離高速通信。主要技術指標：數(shù)字影像：1920×1080@30fps，1600×1200@30fps，Bayer；模擬影像：720×576@25fps；將4路壓縮或非壓縮影像數(shù)據(jù)傳輸給影像數(shù)據(jù)高速記錄器，數(shù)據(jù)輸出速率：不小于 240MB/s；同時將l路或4路實時影像壓縮后通過網(wǎng)絡傳給圖像編碼器，網(wǎng)絡接口速度：100Mbps，能通過交換機使用。
科學性、先進性
- 科學性： 1、該產品是針對于航空飛行器設計的機載影像采集設備，所以必須要符合航空飛機的特殊環(huán)境，通過振動和溫度試驗，證明該設備具備較強的抗震性和較強的承受高低溫能力。 2、該產品使用了千兆網(wǎng)相機進行影像采集，不僅能采集到圖像信息和音頻信息，同時采集的影像是高清的，數(shù)字影像的分辨率和幀率分別為1920×1080@30fps，1600×1200@30fps，Bayer彩色或黑白；模擬影像的分辨率和幀率分別為：720×576@25fps，彩色或黑白。先進性： 1、本作品采用數(shù)字信號傳輸，將光信號轉化為數(shù)字信號，由DSP進行圖像壓縮與處理，在抗電磁干擾性、逐行掃描、畫面分辨率、色彩層次感和飽和度等方面都擁有巨大的優(yōu)勢。 2、目前工業(yè)相機都是結合帶千兆網(wǎng)口的PC使用，沒有針對普通百兆網(wǎng)PC的相應嵌入式方案。本作品提出的設計方案將GIGE技術應用于嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)PC嵌入式系統(tǒng)的遠距離高速通信，克服了傳統(tǒng)采集設備的無法脫離PC機的不足。
獲獎情況及鑒定結果
- 本作品在湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽中獲得一等獎。
作品所處階段
- 產品優(yōu)化階段
技術轉讓方式
- 部分專利轉讓
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、照片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明： 由于該機載影像采集器是高精度監(jiān)測設備，使用環(huán)境也較為特殊，使用該時須滿足溫度和濕度等方面的環(huán)境條件；在安裝使用設備前，要對設備進行狀態(tài)檢查；為保證設備的正常運行，每月要對設備進行常規(guī)維護。本作品的技術特點和優(yōu)勢： 經過嚴謹科學的設計，該機載影像采集設備具備采集高清影像、高速傳輸數(shù)據(jù)、操作方便簡單、抗震性強、機箱體積小等特點。推廣前景的技術性說明: 數(shù)字攝像機在抗電磁干擾性、逐行掃描、畫面分辨率方面都擁有傳統(tǒng)模擬攝像機所不能比擬的優(yōu)勢。數(shù)字高清攝像機的色彩可以做到比模擬攝像機更加逼真，更加富有層次感、畫面飽和度更佳。DVR系統(tǒng)在布線方面較模擬攝像機成本要小，工作量小。市場分析和經濟效益預測： 目前，我國政府推動的平安城市、3111試點工程、科技強警等大型項目表明政府對安防行業(yè)的扶持力度是相當大的。 而國內市場對于安防監(jiān)控產品需求是十分迫切的，在價格方面，跟國外產品比起來價格始終是我們的優(yōu)勢，所以高清網(wǎng)絡攝像機也是這樣。
同類課題研究水平概述
- 1、國內外同類課題背景比較 國外新型飛機上許多都已經采用了DVR來記錄機載音視頻信息。美國、以色列、口本、瑞典和歐洲各國也都生產有自己的DVR系統(tǒng)裝備新型飛機。DVR能實現(xiàn)機載影像的數(shù)字化采集和存儲，能記錄2路甚至更多路的視頻信息，采用Flash存儲介質，方便存儲和回放。還有很多DVR集成了數(shù)據(jù)實時傳輸和監(jiān)控等復雜功能，并能在地面上根據(jù)記錄的圖像數(shù)據(jù)復現(xiàn)飛機每個時刻的飛行狀態(tài)，為分析飛機飛行狀況提供信息。因為涉及到國防軍事安全，在機載DVR方面，國內的技術要落后于國外許多。要達到或者接近國際先進水平，更好地為國家提供安全保障，國內需要大力發(fā)展和引進新型、經濟、可靠的技術，加快我軍軍事現(xiàn)代化的進程。 2、國內外高清網(wǎng)絡攝像機廠家概況 由于國外一些發(fā)達國家和地區(qū)有技術優(yōu)勢而且其安防市場成熟度遠高于國內，所以有較多廠家推出1080P產品，而且這些大多是國際知名品牌。這些品牌在中國安防監(jiān)控領域占有重要市場地位。日本的電子產品世界有名，自然不缺少高清網(wǎng)絡攝像機品牌。而在中國地區(qū)，數(shù)字監(jiān)控廠家?？低?、科達科技、大華、天地偉業(yè)，加入到了網(wǎng)絡攝像機技術的開發(fā)與產品生產中，這些企業(yè)大多數(shù)有高清產品推出。 3、國內國外廠家產品技術性能比較 當然跟國外產品比起來技術通常是他們的優(yōu)勢，當前推出的產品最主要的特點是采用H.264壓縮技術，最大分辨率能達到1080P.。安訊士是最先推出1080P攝像機的廠家，而且產品比較成熟。美國思科的4000系列，能做到1080P時30FPS，720P時60FPS,很不容易。當然H.264壓縮技術，多視頻制式，多碼流技術，POE供電等技術基本上都涵蓋。而且國外大廠產品還有一共同的優(yōu)點，產品工藝優(yōu)秀，質量控制嚴格，產品細節(jié)做的比較到位，質量有保證。國內產品科達和?？邓闶亲钣衅放朴绊懥Φ牧耍夹g和工藝與一些優(yōu)秀產品比較起來也沒有優(yōu)勢。國內調查的其他廠家產品基本達到主流技術，但是產品估計不成熟，比如說達到1080P時圖像是否流暢，碼流轉換時時間過長等這樣那樣的問題，有的甚至部分功能跟本沒實現(xiàn)。
