民机平视显示器显示画面安全性监控的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911295855.0 (22)申请日 2019.12.16 (71)申请人 中国航空工业集团公司洛阳电光设 备研究所 地址 471099 河南省洛阳市凯旋西路25号 (72)发明人 张川苏霖赵学娟罗辉 张红刚 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 金凤 (51)Int.Cl. B64F 5/60(2017.01) B64D 43/00(2006.01) G06T 3/40(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称 。

2、一种民机平视显示器显示画面安全性监控 的方法 (57)摘要 本发明提供了一种民机平视显示器显示画 面安全性监控的方法， 对HUD显示画面中显示符 号提炼出需要进行监控的符号， 将需要进行监控 的符号分为动态符号和静态符， 进行逆畸变处 理， 得到动态符号的角度信息和静态符号的数值 信息， 从而实现动态符号和静态信号的监控。 本 发明能够有效监控平视显示器主显示通道任何 单点失效、 提升安全性设计， 避免平显画面显示 错误信息对飞行员的误导， 满足民机HUD高安全 性等级的目标。 本发明.监控完整性强， 监控路径 覆盖HUD画面生成、 传输、 处理全流程； 监控内容 广， 包含动态和静态字符； 。

3、较低复杂度， 易于硬件 实现； 监控流程实时性好， 低延迟。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 111099037 A 2020.05.05 CN 111099037 A 1.一种民机平视显示器显示画面安全性监控的方法， 其特征在于包括下述步骤： S101、 对HUD显示画面中显示符号提炼出需要进行监控的符号； 需要进行监控的符号需要根据系统安全性分析过程确定， 系统安全性分析过程依据 SAE ARP 4761标准进行； 符号为飞机起飞或着陆阶段的关键符号； S102、 将需要进行监控的符号分为动态符号和静态符号； 动态符号指显示位置在整个画面中可变， 静态符号指显示区域固定， 对于。

4、动态符号的 监控， 进入步骤S103-S106， 对于静态符号的监控， 进入步骤S107-S110； S103、 在HUD画面生成时在RGB三个通道中任选一个无有效数据传输通道中增加动态符 号中心位置的特征标示点； 如某平显视频传输通道中RGB三个通道仅使用了G通道传输字符 图像， R通道与B通道是无有效数据传输的， 利用R通道或B通道增加动态字符的中心位置特 征点用以标记动态字符在平显画面坐标系下的位置； S104、 特征标示点在图像生成后随有效数据通过数据传输路径至畸变校正单元， 同样 与有效视频数据经过畸变校正过程； 特征标示点与有效视频数据经过同样的数据传输和处理流程； S105、 在。

5、畸变校正单元后提取出特征标示点畸变后位置信息， 进行逆畸变处理， 得出画 面位置坐标； 对特征标示点进行逆畸变处理的流程如下： 1)原始图像d点与校正c之间的映射关系由查找表确定， 在畸变校正运算过程中， 如果 判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据对应的无有效数据的B或者R通道有特征信息， 则对双线性插值的结果进行标记,同时将此位置映射所使用的查找表参数进行存储； 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过反走样和像源时序转换的流程； 3)利用标识点对畸变校正结果输出的动态符号进行位置监控， G通道为正常畸变校正 的数据结果， B通道或者R通道带有与之相对应的标识信息； 由于进行。

6、标识的同时已经将位 置映射的查找表进行了存储， 利用已存储的查找表对畸变后位置信息进行逆畸变； S106、 将逆畸变后动态符号特征点的位置信息以飞机基准符中心坐标原点转化为极坐 标信息后， 将动态符号角度信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行对比， 对动 态符号的显示正确性进行监控； S107、 对于静态符号的监控， 在畸变校正后对静态符号显示区域进行逆畸变处理， 得到 真实显示区域位置信息； 静态符号逆畸变处理的流程如下： 1)原始图像d点与校正c之间的映射关系由查找表确定， 在畸变校正运算过程中， 如果 判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据位于当前高度静态符号所占的区域内。

7、， 则对双 线性插值的结果进行标记， 同时将此位置映射所使用的查找表参数进行存储； 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过高斯滤波反走样； 3)由于已经将静态符号位置映射的查找表进行了存储， 利用已存储的查找表对畸变后 静态符号位置信息进行逆畸变， 位置信息逆畸变后得到静态符号的像素真实位置区域信 息； S108、 将静态符号真实显示区域内像素值二值化处理； 像素二值化即设定一个阈值， 根据阈值将画面的像素值分为两大部分： 大于阈值的像 素点均赋值为1， 小于阈值的像素点均赋值为0； S109、 采用模板匹配的方法将待测的二值化处理后静态符号显示区域S与已知存储的 权利要求书 1/2。

8、 页 2 CN 111099037 A 2 图像模板T对比， 图像模板T与待测图S比较， 视为二维数组， 在FPGA的识别过程中， 利用异或 门来判别实现， 比较T和S的内容， 若两者一致， 则T和S之差为零， 使用如下公式计算T和S的 相似度： 相识度最高(D(i,j)值最小)即为识别出的静态符号数值； S110、 将静态符号数值信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行数值正确 性对比， 对静态的显示正确性进行监控。 2.根据权利要求1所述的一种民机平视显示器显示画面安全性监控的方法， 其特征在 于： 所述S108步骤中对于平显显示画面， 阈值设置为像素灰度值150。 权利要求书 2。

9、/2 页 3 CN 111099037 A 3 一种民机平视显示器显示画面安全性监控的方法 技术领域 0001 本发明涉及系统安全性设计领域， 尤其是一种平视显示器的监控方法。 背景技术 0002 平视显示器(HUD)技术源自于军工技术。 自上世纪八十年代初， HUD开始应用于民 用干线飞机， 并日趋成为驾驶舱的重要组成部分。 HUD可以将飞行姿态、 高度、 空速等信息投 影在飞行员正前方的组合镜上， 让飞行员在操纵飞机时不需要低头观看下方显示屏上的信 息。 同时， 还能够降低飞机起降过程中对气象条件的要求。 根据中国民航局颁布的 中国民 航平视显示器应用路线图 要求， 到2025年， 所有现。

10、役飞机都需要加装平视显示装置。 0003 安全性是飞机的重要特性， 它影响飞机和乘客的生命安全， 是飞机的固有属性。 安 全性设计工作是民用机载产品研制过程中必须开展的一项设计分析工作， 贯穿了产品从概 念设计到设计验证的各个阶段。 0004 由于平时显示器对飞机员的重要指引作用， 设计保证等级一般为最高级别(A级)， 因此对HUD显示画面的正确性进行安全性监控设计是非常必要的。 发明内容 0005 为了克服现有技术的不足， 本发明提供一种民机平视显示器显示画面安全性监控 的方法， 保证HUD显示关键画面的正确性， 满足民机HUD高安全性等级的目标。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术。

11、方案的具体步骤为： 0007 S101、 对HUD显示画面中显示符号提炼出需要进行监控的符号； 0008 需要进行监控的符号需要根据系统安全性分析过程确定， 系统安全性分析过程依 据SAE ARP 4761标准进行； 符号为飞机起飞或着陆阶段的关键符号； 0009 S102、 将需要进行监控的符号分为动态符号和静态符号； 0010 动态符号指显示位置在整个画面中可变， 静态符号指显示区域固定， 对于动态符 号的监控， 进入步骤S103-S106， 对于静态符号的监控， 进入步骤S107-S110； 0011 S103、 在HUD画面生成时在RGB三个通道中任选一个无有效数据传输通道中增加动 态。

12、符号中心位置的特征标示点； 如某平显视频传输通道中RGB三个通道仅使用了G通道传输 字符图像， R通道与B通道是无有效数据传输的， 利用R通道或B通道增加动态字符的中心位 置特征点用以标记动态字符在平显画面坐标系下的位置； 0012 S104、 特征标示点在图像生成后随有效数据通过数据传输路径至畸变校正单元， 同样与有效视频数据经过畸变校正过程； 0013 特征标示点与有效视频数据经过同样的数据传输和处理流程； 0014 S105、 在畸变校正单元后提取出特征标示点畸变后位置信息， 进行逆畸变处理， 得 出画面位置坐标； 对特征标示点进行逆畸变处理的流程如下： 0015 1)原始图像d点与校正。

13、c之间的映射关系由查找表确定， 在畸变校正运算过程中， 如果判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据对应的无有效数据的B或者R通道有特征 说明书 1/5 页 4 CN 111099037 A 4 信息， 则对双线性插值的结果进行标记,同时将此位置映射所使用的查找表参数进行存储； 0016 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过反走样和像源时序转换的流 程； 0017 3)利用标识点对畸变校正结果输出的动态符号进行位置监控， G通道为正常畸变 校正的数据结果， B通道或者R通道带有与之相对应的标识信息； 由于进行标识的同时已经 将位置映射的查找表进行了存储， 利用已存储的查找表对畸。

14、变后位置信息进行逆畸变； 0018 S106、 将逆畸变后动态符号特征点的位置信息以飞机基准符中心坐标原点转化为 极坐标信息后， 将动态符号角度信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行对比， 对动态符号的显示正确性进行监控； 0019 S107、 对于静态符号的监控， 在畸变校正后对静态符号显示区域进行逆畸变处理， 得到真实显示区域位置信息； 静态符号逆畸变处理的流程如下： 0020 1)原始图像d点与校正c之间的映射关系由查找表确定， 在畸变校正运算过程中， 如果判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据位于当前高度静态符号所占的区域内， 则 对双线性插值的结果进行标记， 同时将此。

15、位置映射所使用的查找表参数进行存储； 0021 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过高斯滤波反走样； 0022 3)由于已经将静态符号位置映射的查找表进行了存储， 利用已存储的查找表对畸 变后静态符号位置信息进行逆畸变， 位置信息逆畸变后得到静态符号的像素真实位置区域 信息； 0023 S108、 将静态符号真实显示区域内像素值二值化处理； 0024 像素二值化即设定一个阈值， 根据阈值将画面的像素值分为两大部分： 大于阈值 的像素点均赋值为1， 小于阈值的像素点均赋值为0； 0025 对于平显显示画面， 阈值设置为像素灰度值150； 0026 S109、 采用模板匹配的方法将待测。

16、的二值化处理后静态符号显示区域S与已知存 储的图像模板T对比， 图像模板T与待测图S比较， 视为二维数组， 在FPGA的识别过程中， 利用 异或门来判别实现， 比较T和S的内容， 若两者一致， 则T和S之差为零， 使用如下公式计算T和 S的相似度： 0027 0028 相识度最高(D(i,j)值最小)即为识别出的静态符号数值； 0029 S110、 将静态符号数值信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行数值 正确性对比， 对静态的显示正确性进行监控。 0030 本发明的有益效果在于民机平视显示器显示画面安全性监控的方法， 监控路径覆 盖平显画面生成、 传输、 处理全流程， 保证了画面显。

17、示内容的正确性。 该方法的实施能够有 效监控平视显示器主显示通道任何单点失效、 提升安全性设计， 避免平显画面显示错误信 息对飞行员的误导， 满足民机HUD高安全性等级的目标。 相比现有的HUD系统安全性设计技 术， 本发明具有优势如下： 0031 1.监控完整性强， 监控路径覆盖HUD画面生成、 传输、 处理全流程； 0032 2.监控内容广， 包含动态和静态字符； 0033 3.较低复杂度， 易于硬件实现； 说明书 2/5 页 5 CN 111099037 A 5 0034 4.监控流程实时性好， 低延迟。 附图说明 0035 图1为本发明实现的硬件原理框图 0036 图2为本发明典型HU。

18、D显示画面。 0037 图3为本发明畸变校正几何校正示意图。 0038 图4为本发明动态符号逆畸变实现硬件示意图。 具体实施方式 0039 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0040 本发明提供一种民机平视显示器显示画面安全性监控的方法， 包括如图1所示， 主 显示通道接收飞行参数信息， 在平显计算机里进行数据解析以及字符画面生成， 继而将生 成画面通过视频总线传输至平显， 对画面进行预畸变操作， 驱动数字像源进行显示。 监控通 道对整个显示通道由飞行参数信息到生成相应的预畸变的关键数据的正确性进行监控: 0041 首先根据平显显示的画面内容确定需要进行监控的符号， 并将这些符号分为动。

19、态 符合和静态符号。 需要进行监控的符号需要根据系统安全性分析过程确定， 一般为这些符 号都是飞机起飞或着陆阶段的关键符号， 误导有可能给飞机的安全性飞行带来严重影响； 0042 对于动态符号的监控， 采用在数据生成传输通道增加特征位置标示点， 标示点随 正常视频数据走完传输和处理路径， 在畸变校正后进行提取， 继而进行逆畸变处理， 得到绘 图位置信息后与监控模块总线解析后的数据进行比对， 确保动态符号显示的正确性； 0043 对于静态符号的监控， 由于显示的区域固定， 在畸变校正后将显示区域数据提取 出来， 进行逆畸变后， 采用模板匹配的方法对显示内容进行识别。 得到显示数值内容后与监 控模。

20、块总线解析后的数据进行比对， 确保静态符号显示的正确性。 0044 一种民机平视显示器显示画面安全性监控的方法， 包括： 0045 S101、 对HUD显示画面中显示符号提炼出需要进行监控的符号。 0046 需要进行监控的符号需要根据系统安全性分析过程确定， 系统安全性分析过程依 据SAE ARP 4761标准进行； 符号为飞机起飞或着陆阶段的关键符号， 误导有可能给飞机的 安全性飞行带来严重影响； 0047 S102、 将需要进行监控的符号分为动态符号和静态符号； 0048 如图2所示典型HUD显示画面， 动态符号是指显示位置在整个画面中可变， 如飞行 导引符； 静态符号指显示区域固定， 如。

21、高度刻度带； 0049 对于动态符号的监控： 0050 S103、 在HUD画面生成时在RGB三个通道中任选一个无有效数据传输通道中增加动 态符号中心位置的特征标示点； 0051 例如某平显视频传输通道中RGB三个通道仅使用了G通道传输字符图像， R通道与B 通道是无有效数据传输的。 故可以利用R通道或B通道增加动态字符的中心位置特征点用以 标记动态字符在平显画面坐标系下的位置。 0052 S104、 特征标示点在图像生成后随有效数据通过数据传输路径至畸变校正单元， 同样与有效视频数据经过畸变校正过程。 说明书 3/5 页 6 CN 111099037 A 6 0053 特征标示点与有效视频数。

22、据经过同样的数据传输和处理流程。 0054 S105、 在畸变校正单元后提取出特征标示点畸变后位置信息， 进行逆畸变处理， 得 出画面位置坐标； 0055 对特征标示点进行逆畸变处理的流程如下： 0056 1)畸变校正几何校正如图3所示， 原始图像d点与校正c之间的映射关系由查找表 确定， 在畸变校正运算过程中， 如果判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据对应的B或 者R通道有特征信息， 则对双线性插值的结果进行标记,同时将此位置映射所使用的查找表 参数进行存储； 0057 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过反走样和像源时序转换的流 程； 由于反走样和像源时序转换算法的特殊。

23、性(不会更改像素位置， 只影响灰度)， 因此不会 影响到已标识点像素位置的变化。 0058 3)最终利用标识点对畸变校正结果输出的动态符号进行位置监控， G通道为正常 畸变校正的数据结果， B通道或者R通道带有与之相对应的标识信息。 由于已经第一步在进 行标识的同时已经将位置映射的查找表进行了存储， 可以方便利用已存储的查找表对畸变 后位置信息进行逆畸变。 0059 S106、 将逆畸变后动态符号特征点的位置信息以飞机基准符中心坐标原点转化为 极坐标信息后， 将动态符号角度信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行对比， 对动态符号的显示正确性进行监控。 0060 动态符号逆畸变实现的硬。

24、件框图如图4所示。 0061 对于静态符号的监控： 0062 S107、 在畸变校正后对静态符号显示区域进行逆畸变处理， 得到真实显示区域位 置信息。 0063 静态符号逆畸变处理的流程如下： 0064 1)畸变校正几何校正如图3所示， 原始图像d点与校正c之间的映射关系由查找表 确定。 在畸变校正运算过程中， 如果判断出原始图像中d点左上角坐标(x,y)数据位于当前 高度静态符号所占的区域内， 则对双线性插值的结果进行标记。 同时将此位置映射所使用 的查找表参数进行存储。 0065 2)对于已标识双线性插值结果的像素值， 依次经过高斯滤波反走样。 由于反走样 和像源时序转换算法的特殊性(不会。

25、更改像素位置， 只影响灰度)， 因此不会影响到已标识 点像素位置的变化。 0066 3)由于已经将静态符号位置映射的查找表进行了存储， 可以方便利用已存储的查 找表对畸变后静态符号位置信息进行逆畸变， 位置信息逆畸变后会得到静态符号的像素真 实位置区域信息。 0067 S108、 将静态符号真实显示区域内像素值二值化处理。 0068 像素二值化即设定一个阈值， 根据阈值将画面的像素值分为两大部分： 大于阈值 的像素点均赋值为1， 小于阈值的像素点均赋值为0； 0069 对于平显显示画面， 阈值设置可在像素灰度值150左右。 0070 S109、 采用模板匹配的方法将待测的二值化处理后静态符号显。

26、示区域(S)与已知 存储的图像模板(T)对比， 使用如下公式计算两者之间相似度： 说明书 4/5 页 7 CN 111099037 A 7 0071 0072 相识度最高(D(i,j)值最小)即为识别出的静态符号数值。 0073 模板匹配法是一种被广泛应用的数字识别算法， 该算法的关键是对所要识别的所 有数字进行模板构建， 之后将图像中的数字与所有的数字模板一一进行比较， 计算出图像 中数字与每个模板的相似度， 根据所计算出的相似度结果进行识别。 其中相似度最高的模 板即为所要识别数字的结果。 0074 图像模板T与待测图S比较， 通常可以将其视为二维数组。 在FPGA的识别过程中， 利 用异或门来判别实现， 从而进一步大幅度地提高了识别的速度。 比较T和S的内容， 若两者一 致， 则T和S之差为零， 可用以下测度来衡量T和S的相似度。 0075 S110、 将静态符号数值信息进行输出， 与监控模块中总线解析后的数据进行数值 正确性对比， 对静态的显示正确性进行监控。 说明书 5/5 页 8 CN 111099037 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 111099037 A 9 图3 图4 说明书附图 2/2 页 10 CN 111099037 A 10 。