综合飞行显示系统图形生成和视频处理算法研究及FPGA实现

发布时间：2017-09-25 23:06

  本文关键词：综合飞行显示系统图形生成和视频处理算法研究及FPGA实现

  更多相关文章： 图形生成 视频处理 反走样 硬件加速 现场可编程门阵列

【摘要】：座舱显示与控制系统是综合航空电子系统中重要的组成部分,是航电系统研制中最受关注的技术之一。本文针对目前国产飞机座舱显示系统的现状及存在的主要问题,设计了一套以FPGA为核心完成图形生成和视频处理等多种功能的实用化综合飞行显示系统。论文根据座舱显示系统的功能及性能要求,首先设计实现了综合飞行显示系统的硬件架构、FPGA内部逻辑模块以及与显控计算机的通信机制。其次,考虑到FPGA对浮点、开方等复杂运算占用的资源多、实时性差等问题,针对综合飞行显示系统中常用的直线、圆、字符等基本图形生成及其反走样算法开展了研究。通过采用多位宽的定点数,从直线两端并行计算的思路加快直线的生成速度;根据像素到理想曲线的近似距离分配灰度,建立递推公式,实现了圆的生成,并仅采用加法、移位运算,实现了圆的反走样;针对现有字符算法中灰度分配不准确、实时性较差等问题,提出了一种基于面积采样原理,根据周围邻域的像素分配灰度来实现字符旋转的反走样算法。另外根据飞行仪表的结构特点,设计了功能独立的仪表模块,实现了飞行仪表图形的硬件生成。为了有效提高图像及视频图像的显示效率和效果,本文还研究了图像的直方图均衡化算法和暗影通道先验去雾算法;并充分利用FPGA的并行处理特性,在视频采集和输出阶段对数据进行同步计算,通过搭建流水线来提高运算速度,保证了视频处理的实时性;同时根据自然背景下的反走样方法,实现了飞行仪表图形与外部视频的实时叠加。实验测试及应用表明,本文设计的综合飞行显示系统生成的图形反走样效果良好,处理后的视频实时性高,能够满足座舱显示系统在处理效果和处理速度上的要求,可以进一步推广应用于国产飞机上。
【关键词】：图形生成 视频处理 反走样 硬件加速 现场可编程门阵列
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V243.6;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 存在的主要问题及解决思路16-18
• 1.4 论文主要内容及章节结构18-20
• 第二章 机载综合飞行显示系统的整体架构20-34
• 2.1 综合飞行显示系统的硬件架构20-24
• 2.1.1 核心处理单元21-22
• 2.1.2 通信接口22
• 2.1.3 帧存储器22-23
• 2.1.4 视频输入输出23
• 2.1.5 其他辅助模块23-24
• 2.2 综合飞行显示系统的内部模块24-30
• 2.2.1 指令获取及译码模块25
• 2.2.2 帧存储器控制模块25-26
• 2.2.3 图形生成模块26-27
• 2.2.4 视频相关模块27-28
• 2.2.5 显示驱动模块28-30
• 2.3 综合飞行显示系统的通信设计30-33
• 2.3.1 指令与指令格式30-32
• 2.3.2 通信实现过程32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 图形生成算法的研究与设计34-61
• 3.1 直线反走样算法34-39
• 3.1.1 直线生成反走样35-38
• 3.1.2 灰度误差分析与速度对比38-39
• 3.2 圆反走样算法39-44
• 3.2.1 圆弧反走样分析40-42
• 3.2.2 圆的反走样计算42-44
• 3.3 字符旋转反走样算法44-51
• 3.3.1 非自身旋转字符反走样46-47
• 3.3.2 自身旋转字符反走样47-49
• 3.3.3 字符旋转算法简化与对比49-51
• 3.4 图形在背景上的反走样实现51-52
• 3.4.1 黑色背景的反走样51
• 3.4.2 自然背景的反走样51-52
• 3.5 飞行仪表图形生成算法52-60
• 3.5.1 弓弦组合图形52-53
• 3.5.2 电子全姿态指示器53-59
• 3.5.3 电子水平状态指示器59-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 视频处理算法的研究与设计61-76
• 4.1 视频图像处理模块61-62
• 4.2 增强模块设计62-66
• 4.2.1 图像增强的必要性62
• 4.2.2 采用的图像增强算法62-64
• 4.2.3 基于直方图均衡化的视频增强硬件化设计64-66
• 4.3 去雾模块设计66-73
• 4.3.1 图像去雾的必要性66
• 4.3.2 采用的图像去雾算法66-69
• 4.3.3 基于暗影通道先验的视频去雾硬件化设计69-73
• 4.4 图形与视频的叠加功能73-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第五章 综合飞行显示系统的实现76-80
• 5.1 系统硬件实物图76-77
• 5.2 电子飞行仪表典型画面77-78
• 5.3 视频图像处理的实现78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文主要工作80
• 6.2 本文主要创新点80-81
• 6.3 进一步工作展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

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