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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種用于航空飛行器的機(jī)載影像采集設(shè)備
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 由于航空飛機(jī)工作環(huán)境的特殊性，對(duì)裝載在飛機(jī)上的高清攝像機(jī)在影像數(shù)據(jù)的清晰度和實(shí)時(shí)處理上要求較高。本作品采用2路高清GigE相機(jī)和2路PAL制式模擬相機(jī)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(chǔ)設(shè)備，并通過百兆網(wǎng)絡(luò)輸出給PCM編碼器，再下傳到地面設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。實(shí)現(xiàn)了座艙數(shù)字高清影像的采集與傳輸。
- 詳細(xì)介紹：
- 由于航空飛機(jī)工作環(huán)境的特殊性，對(duì)裝載在飛機(jī)上的高清攝像機(jī)在影像數(shù)據(jù)的清晰度和實(shí)時(shí)處理上要求較高。本作品采用2路高清GigE相機(jī)和2路PAL制式模擬相機(jī)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(chǔ)設(shè)備，并通過百兆網(wǎng)絡(luò)輸出給PCM編碼器，再下傳到地面設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。實(shí)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(jìn)性： 1、傳統(tǒng)模擬像機(jī)分辨率不高，并要受到A/D轉(zhuǎn)換、電磁傳輸干擾、隔行掃描、D1畫面的合成反交錯(cuò)等視頻損傷的影響，而且視頻信號(hào)中的亮度與色度信號(hào)占用了相同的頻帶，在梳狀濾波時(shí)很難將其徹底分離，導(dǎo)致雜色斑點(diǎn)與色滲透現(xiàn)象。本作品采用數(shù)字信號(hào)傳輸，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由DSP進(jìn)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(shì)。 2、目前工業(yè)相機(jī)都是結(jié)合帶千兆網(wǎng)口的PC使用，沒有針對(duì)普通百兆網(wǎng)PC的相應(yīng)嵌入式方案。本作品提出的設(shè)計(jì)方案將GIGE技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)PC嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離高速通信，克服了傳統(tǒng)采集設(shè)備的無(wú)法脫離PC機(jī)的不足。 3、本作品經(jīng)過了嚴(yán)格的抗震性設(shè)計(jì)和抗震性試驗(yàn)，可以輕松應(yīng)對(duì)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(shè)施，具有很高的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)的目的：隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的不斷進(jìn)步，其通用文件管理方式和越來(lái)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(jī)工作任務(wù)的特殊性和重要性，DVR系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化成為迫切要求。思路：通過相機(jī)上的外同步控制，相機(jī)采用外同步模式方式工作。4路相機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)接后壓縮，然后通過高速接口輸出到專用記錄儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。筆記本能夠通過百兆網(wǎng)對(duì)相機(jī)參數(shù)以及采集設(shè)備進(jìn)行配置，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行預(yù)覽。系統(tǒng)還具備IRIG-B時(shí)間碼同步功能。創(chuàng)新點(diǎn)：本產(chǎn)品采用2路JAI2030或2040千兆網(wǎng)相機(jī)+2路PAL制式模擬相機(jī)進(jìn)行影像采集，保證采集的影像的高清晰度，并可對(duì)思路圖像進(jìn)行復(fù)接存儲(chǔ)；采集到的影像數(shù)據(jù)既能通過筆記本百兆網(wǎng)口進(jìn)行預(yù)覽，同時(shí)也能通過PCM技術(shù)，利用無(wú)線網(wǎng)進(jìn)行預(yù)覽。技術(shù)關(guān)鍵：在實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)接口的方案中，在FPGA的平臺(tái)上利用參數(shù)化的千兆以太網(wǎng)MAC IP核來(lái)實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)接口的MAC層；本項(xiàng)目提出的基于FPGA的GIGE技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸板的設(shè)計(jì)方案，將GIGE技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)pc嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離高速通信。主要技術(shù)指標(biāo)：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(shí)將l路或4路實(shí)時(shí)影像壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)傳給圖像編碼器，網(wǎng)絡(luò)接口速度：100Mbps，能通過交換機(jī)使用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 1、該產(chǎn)品是針對(duì)于航空飛行器設(shè)計(jì)的機(jī)載影像采集設(shè)備，所以必須要符合航空飛機(jī)的特殊環(huán)境，通過振動(dòng)和溫度試驗(yàn)，證明該設(shè)備具備較強(qiáng)的抗震性和較強(qiáng)的承受高低溫能力。 2、該產(chǎn)品使用了千兆網(wǎng)相機(jī)進(jìn)行影像采集，不僅能采集到圖像信息和音頻信息，同時(shí)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(jìn)性： 1、本作品采用數(shù)字信號(hào)傳輸，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由DSP進(jìn)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(shì)。 2、目前工業(yè)相機(jī)都是結(jié)合帶千兆網(wǎng)口的PC使用，沒有針對(duì)普通百兆網(wǎng)PC的相應(yīng)嵌入式方案。本作品提出的設(shè)計(jì)方案將GIGE技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于普通百兆網(wǎng)PC嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離高速通信，克服了傳統(tǒng)采集設(shè)備的無(wú)法脫離PC機(jī)的不足。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 產(chǎn)品優(yōu)化階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 部分專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、照片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明： 由于該機(jī)載影像采集器是高精度監(jiān)測(cè)設(shè)備，使用環(huán)境也較為特殊，使用該時(shí)須滿足溫度和濕度等方面的環(huán)境條件；在安裝使用設(shè)備前，要對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查；為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，每月要對(duì)設(shè)備進(jìn)行常規(guī)維護(hù)。本作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的設(shè)計(jì)，該機(jī)載影像采集設(shè)備具備采集高清影像、高速傳輸數(shù)據(jù)、操作方便簡(jiǎn)單、抗震性強(qiáng)、機(jī)箱體積小等特點(diǎn)。推廣前景的技術(shù)性說明: 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)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(jī)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字高清攝像機(jī)的色彩可以做到比模擬攝像機(jī)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(jī)成本要小，工作量小。市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 目前，我國(guó)政府推動(dòng)的平安城市、3111試點(diǎn)工程、科技強(qiáng)警等大型項(xiàng)目表明政府對(duì)安防行業(yè)的扶持力度是相當(dāng)大的。 而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于安防監(jiān)控產(chǎn)品需求是十分迫切的，在價(jià)格方面，跟國(guó)外產(chǎn)品比起來(lái)價(jià)格始終是我們的優(yōu)勢(shì)，所以高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也是這樣。
同類課題研究水平概述
- 1、國(guó)內(nèi)外同類課題背景比較 國(guó)外新型飛機(jī)上許多都已經(jīng)采用了DVR來(lái)記錄機(jī)載音視頻信息。美國(guó)、以色列、口本、瑞典和歐洲各國(guó)也都生產(chǎn)有自己的DVR系統(tǒng)裝備新型飛機(jī)。DVR能實(shí)現(xiàn)機(jī)載影像的數(shù)字化采集和存儲(chǔ)，能記錄2路甚至更多路的視頻信息，采用Flash存儲(chǔ)介質(zhì)，方便存儲(chǔ)和回放。還有很多DVR集成了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控等復(fù)雜功能，并能在地面上根據(jù)記錄的圖像數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)飛機(jī)每個(gè)時(shí)刻的飛行狀態(tài)，為分析飛機(jī)飛行狀況提供信息。因?yàn)樯婕暗絿?guó)防軍事安全，在機(jī)載DVR方面，國(guó)內(nèi)的技術(shù)要落后于國(guó)外許多。要達(dá)到或者接近國(guó)際先進(jìn)水平，更好地為國(guó)家提供安全保障，國(guó)內(nèi)需要大力發(fā)展和引進(jìn)新型、經(jīng)濟(jì)、可靠的技術(shù)，加快我軍軍事現(xiàn)代化的進(jìn)程。 2、國(guó)內(nèi)外高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)廠家概況 由于國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)而且其安防市場(chǎng)成熟度遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)，所以有較多廠家推出1080P產(chǎn)品，而且這些大多是國(guó)際知名品牌。這些品牌在中國(guó)安防監(jiān)控領(lǐng)域占有重要市場(chǎng)地位。日本的電子產(chǎn)品世界有名，自然不缺少高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)品牌。而在中國(guó)地區(qū)，數(shù)字監(jiān)控廠家海康威視、科達(dá)科技、大華、天地偉業(yè)，加入到了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)品生產(chǎn)中，這些企業(yè)大多數(shù)有高清產(chǎn)品推出。 3、國(guó)內(nèi)國(guó)外廠家產(chǎn)品技術(shù)性能比較 當(dāng)然跟國(guó)外產(chǎn)品比起來(lái)技術(shù)通常是他們的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前推出的產(chǎn)品最主要的特點(diǎn)是采用H.264壓縮技術(shù)，最大分辨率能達(dá)到1080P.。安訊士是最先推出1080P攝像機(jī)的廠家，而且產(chǎn)品比較成熟。美國(guó)思科的4000系列，能做到1080P時(shí)30FPS，720P時(shí)60FPS,很不容易。當(dāng)然H.264壓縮技術(shù)，多視頻制式，多碼流技術(shù)，POE供電等技術(shù)基本上都涵蓋。而且國(guó)外大廠產(chǎn)品還有一共同的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品工藝優(yōu)秀，質(zhì)量控制嚴(yán)格，產(chǎn)品細(xì)節(jié)做的比較到位，質(zhì)量有保證。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品科達(dá)和海康算是最有品牌影響力的了，技術(shù)和工藝與一些優(yōu)秀產(chǎn)品比較起來(lái)也沒有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)調(diào)查的其他廠家產(chǎn)品基本達(dá)到主流技術(shù)，但是產(chǎn)品估計(jì)不成熟，比如說達(dá)到1080P時(shí)圖像是否流暢，碼流轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)等這樣那樣的問題，有的甚至部分功能跟本沒實(shí)現(xiàn)。
