基本信息
- 项目名称：
- 一种用于航空飞行器的机载影像采集设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 由于航空飞机工作环境的特殊性，对装载在飞机上的高清摄像机在影像数据的清晰度和实时处理上要求较高。本作品采用2路高清GigE相机和2路PAL制式模拟相机采集图像，通过FPGA的SerialLite II高速收发协议将压缩后的数据送往存储设备，并通过百兆网络输出给PCM编码器，再下传到地面设备进行实时显示。实现了座舱数字高清影像的采集与传输。
- 详细介绍：
- 由于航空飞机工作环境的特殊性，对装载在飞机上的高清摄像机在影像数据的清晰度和实时处理上要求较高。本作品采用2路高清GigE相机和2路PAL制式模拟相机采集图像，通过FPGA的SerialLite II高速收发协议将压缩后的数据送往存储设备，并通过百兆网络输出给PCM编码器，再下传到地面设备进行实时显示。实现了座舱数字高清影像的采集与传输。本作品具有以下先进性： 1、传统模拟像机分辨率不高，并要受到A/D转换、电磁传输干扰、隔行扫描、D1画面的合成反交错等视频损伤的影响，而且视频信号中的亮度与色度信号占用了相同的频带，在梳状滤波时很难将其彻底分离，导致杂色斑点与色渗透现象。本作品采用数字信号传输，将光信号转化为数字信号，由DSP进行图像压缩与处理，在抗电磁干扰性、逐行扫描、画面分辨率、色彩层次感和饱和度等方面都拥有巨大的优势。 2、目前工业相机都是结合带千兆网口的PC使用，没有针对普通百兆网PC的相应嵌入式方案。本作品提出的设计方案将GIGE技术应用于嵌入式系统，实现了基于普通百兆网PC嵌入式系统的远距离高速通信，克服了传统采集设备的无法脱离PC机的不足。 3、本作品经过了严格的抗震性设计和抗震性试验，可以轻松应对航空飞行器上的苛刻条件。 4、本作品具备了完整的自身系列和齐备的配套设施，具有很高的市场推广价值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的目的：随着数字图像处理技术和数字视频压缩技术的不断进步，其通用文件管理方式和越来越清晰的图像效果也受到航空电子系统的青睐,由于航空飞机工作任务的特殊性和重要性，DVR系统的国产化成为迫切要求。思路：通过相机上的外同步控制，相机采用外同步模式方式工作。4路相机数据经过复接后压缩，然后通过高速接口输出到专用记录仪存储数据。笔记本能够通过百兆网对相机参数以及采集设备进行配置，并对相机进行预览。系统还具备IRIG-B时间码同步功能。创新点：本产品采用2路JAI2030或2040千兆网相机+2路PAL制式模拟相机进行影像采集，保证采集的影像的高清晰度，并可对思路图像进行复接存储；采集到的影像数据既能通过笔记本百兆网口进行预览，同时也能通过PCM技术，利用无线网进行预览。技术关键：在实现千兆以太网接口的方案中，在FPGA的平台上利用参数化的千兆以太网MAC IP核来实现千兆网接口的MAC层；本项目提出的基于FPGA的GIGE技术的数据传输板的设计方案，将GIGE技术应用于嵌入式系统，实现了基于普通百兆网pc嵌入式系统的远距离高速通信。主要技术指标：数字影像：1920×1080@30fps，1600×1200@30fps，Bayer；模拟影像：720×576@25fps；将4路压缩或非压缩影像数据传输给影像数据高速记录器，数据输出速率：不小于 240MB/s；同时将l路或4路实时影像压缩后通过网络传给图像编码器，网络接口速度：100Mbps，能通过交换机使用。
科学性、先进性
- 科学性： 1、该产品是针对于航空飞行器设计的机载影像采集设备，所以必须要符合航空飞机的特殊环境，通过振动和温度试验，证明该设备具备较强的抗震性和较强的承受高低温能力。 2、该产品使用了千兆网相机进行影像采集，不仅能采集到图像信息和音频信息，同时采集的影像是高清的，数字影像的分辨率和帧率分别为1920×1080@30fps，1600×1200@30fps，Bayer彩色或黑白；模拟影像的分辨率和帧率分别为：720×576@25fps，彩色或黑白。先进性： 1、本作品采用数字信号传输，将光信号转化为数字信号，由DSP进行图像压缩与处理，在抗电磁干扰性、逐行扫描、画面分辨率、色彩层次感和饱和度等方面都拥有巨大的优势。 2、目前工业相机都是结合带千兆网口的PC使用，没有针对普通百兆网PC的相应嵌入式方案。本作品提出的设计方案将GIGE技术应用于嵌入式系统，实现了基于普通百兆网PC嵌入式系统的远距离高速通信，克服了传统采集设备的无法脱离PC机的不足。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在湖北省第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获得一等奖。
作品所处阶段
- 产品优化阶段
技术转让方式
- 部分专利转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、照片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 由于该机载影像采集器是高精度监测设备，使用环境也较为特殊，使用该时须满足温度和湿度等方面的环境条件；在安装使用设备前，要对设备进行状态检查；为保证设备的正常运行，每月要对设备进行常规维护。本作品的技术特点和优势： 经过严谨科学的设计，该机载影像采集设备具备采集高清影像、高速传输数据、操作方便简单、抗震性强、机箱体积小等特点。推广前景的技术性说明: 数字摄像机在抗电磁干扰性、逐行扫描、画面分辨率方面都拥有传统模拟摄像机所不能比拟的优势。数字高清摄像机的色彩可以做到比模拟摄像机更加逼真，更加富有层次感、画面饱和度更佳。DVR系统在布线方面较模拟摄像机成本要小，工作量小。市场分析和经济效益预测： 目前，我国政府推动的平安城市、3111试点工程、科技强警等大型项目表明政府对安防行业的扶持力度是相当大的。 而国内市场对于安防监控产品需求是十分迫切的，在价格方面，跟国外产品比起来价格始终是我们的优势，所以高清网络摄像机也是这样。
同类课题研究水平概述
- 1、国内外同类课题背景比较 国外新型飞机上许多都已经采用了DVR来记录机载音视频信息。美国、以色列、口本、瑞典和欧洲各国也都生产有自己的DVR系统装备新型飞机。DVR能实现机载影像的数字化采集和存储，能记录2路甚至更多路的视频信息，采用Flash存储介质，方便存储和回放。还有很多DVR集成了数据实时传输和监控等复杂功能，并能在地面上根据记录的图像数据复现飞机每个时刻的飞行状态，为分析飞机飞行状况提供信息。因为涉及到国防军事安全，在机载DVR方面，国内的技术要落后于国外许多。要达到或者接近国际先进水平，更好地为国家提供安全保障，国内需要大力发展和引进新型、经济、可靠的技术，加快我军军事现代化的进程。 2、国内外高清网络摄像机厂家概况 由于国外一些发达国家和地区有技术优势而且其安防市场成熟度远高于国内，所以有较多厂家推出1080P产品，而且这些大多是国际知名品牌。这些品牌在中国安防监控领域占有重要市场地位。日本的电子产品世界有名，自然不缺少高清网络摄像机品牌。而在中国地区，数字监控厂家海康威视、科达科技、大华、天地伟业，加入到了网络摄像机技术的开发与产品生产中，这些企业大多数有高清产品推出。 3、国内国外厂家产品技术性能比较 当然跟国外产品比起来技术通常是他们的优势，当前推出的产品最主要的特点是采用H.264压缩技术，最大分辨率能达到1080P.。安讯士是最先推出1080P摄像机的厂家，而且产品比较成熟。美国思科的4000系列，能做到1080P时30FPS，720P时60FPS,很不容易。当然H.264压缩技术，多视频制式，多码流技术，POE供电等技术基本上都涵盖。而且国外大厂产品还有一共同的优点，产品工艺优秀，质量控制严格，产品细节做的比较到位，质量有保证。国内产品科达和海康算是最有品牌影响力的了，技术和工艺与一些优秀产品比较起来也没有优势。国内调查的其他厂家产品基本达到主流技术，但是产品估计不成熟，比如说达到1080P时图像是否流畅，码流转换时时间过长等这样那样的问题，有的甚至部分功能跟本没实现。
