本文關鍵詞：綜合飛行顯示系統圖形生成和視頻處理算法研究及FPGA實現

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【摘要】：座艙顯示與控制系統是綜合航空電子系統中重要的組成部分,是航電系統研制中最受關注的技術之一。本文針對目前國產飛機座艙顯示系統的現狀及存在的主要問題,設計了一套以FPGA為核心完成圖形生成和視頻處理等多種功能的實用化綜合飛行顯示系統。論文根據座艙顯示系統的功能及性能要求,首先設計實現了綜合飛行顯示系統的硬件架構、FPGA內部邏輯模塊以及與顯控計算機的通信機制。其次,考慮到FPGA對浮點、開方等復雜運算占用的資源多、實時性差等問題,針對綜合飛行顯示系統中常用的直線、圓、字符等基本圖形生成及其反走樣算法開展了研究。通過采用多位寬的定點數,從直線兩端并行計算的思路加快直線的生成速度;根據像素到理想曲線的近似距離分配灰度,建立遞推公式,實現了圓的生成,并僅采用加法、移位運算,實現了圓的反走樣;針對現有字符算法中灰度分配不準確、實時性較差等問題,提出了一種基于面積采樣原理,根據周圍鄰域的像素分配灰度來實現字符旋轉的反走樣算法。另外根據飛行儀表的結構特點,設計了功能獨立的儀表模塊,實現了飛行儀表圖形的硬件生成。為了有效提高圖像及視頻圖像的顯示效率和效果,本文還研究了圖像的直方圖均衡化算法和暗影通道先驗去霧算法;并充分利用FPGA的并行處理特性,在視頻采集和輸出階段對數據進行同步計算,通過搭建流水線來提高運算速度,保證了視頻處理的實時性;同時根據自然背景下的反走樣方法,實現了飛行儀表圖形與外部視頻的實時疊加。實驗測試及應用表明,本文設計的綜合飛行顯示系統生成的圖形反走樣效果良好,處理后的視頻實時性高,能夠滿足座艙顯示系統在處理效果和處理速度上的要求,可以進一步推廣應用于國產飛機上。
【關鍵詞】：圖形生成 視頻處理 反走樣 硬件加速 現場可編程門陣列
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V243.6;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內外研究現狀15-16
• 1.3 存在的主要問題及解決思路16-18
• 1.4 論文主要內容及章節(jié)結構18-20
• 第二章 機載綜合飛行顯示系統的整體架構20-34
• 2.1 綜合飛行顯示系統的硬件架構20-24
• 2.1.1 核心處理單元21-22
• 2.1.2 通信接口22
• 2.1.3 幀存儲器22-23
• 2.1.4 視頻輸入輸出23
• 2.1.5 其他輔助模塊23-24
• 2.2 綜合飛行顯示系統的內部模塊24-30
• 2.2.1 指令獲取及譯碼模塊25
• 2.2.2 幀存儲器控制模塊25-26
• 2.2.3 圖形生成模塊26-27
• 2.2.4 視頻相關模塊27-28
• 2.2.5 顯示驅動模塊28-30
• 2.3 綜合飛行顯示系統的通信設計30-33
• 2.3.1 指令與指令格式30-32
• 2.3.2 通信實現過程32-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第三章 圖形生成算法的研究與設計34-61
• 3.1 直線反走樣算法34-39
• 3.1.1 直線生成反走樣35-38
• 3.1.2 灰度誤差分析與速度對比38-39
• 3.2 圓反走樣算法39-44
• 3.2.1 圓弧反走樣分析40-42
• 3.2.2 圓的反走樣計算42-44
• 3.3 字符旋轉反走樣算法44-51
• 3.3.1 非自身旋轉字符反走樣46-47
• 3.3.2 自身旋轉字符反走樣47-49
• 3.3.3 字符旋轉算法簡化與對比49-51
• 3.4 圖形在背景上的反走樣實現51-52
• 3.4.1 黑色背景的反走樣51
• 3.4.2 自然背景的反走樣51-52
• 3.5 飛行儀表圖形生成算法52-60
• 3.5.1 弓弦組合圖形52-53
• 3.5.2 電子全姿態(tài)指示器53-59
• 3.5.3 電子水平狀態(tài)指示器59-60
• 3.6 本章小結60-61
• 第四章 視頻處理算法的研究與設計61-76
• 4.1 視頻圖像處理模塊61-62
• 4.2 增強模塊設計62-66
• 4.2.1 圖像增強的必要性62
• 4.2.2 采用的圖像增強算法62-64
• 4.2.3 基于直方圖均衡化的視頻增強硬件化設計64-66
• 4.3 去霧模塊設計66-73
• 4.3.1 圖像去霧的必要性66
• 4.3.2 采用的圖像去霧算法66-69
• 4.3.3 基于暗影通道先驗的視頻去霧硬件化設計69-73
• 4.4 圖形與視頻的疊加功能73-75
• 4.5 本章小結75-76
• 第五章 綜合飛行顯示系統的實現76-80
• 5.1 系統硬件實物圖76-77
• 5.2 電子飛行儀表典型畫面77-78
• 5.3 視頻圖像處理的實現78-79
• 5.4 本章小結79-80
• 第六章 總結與展望80-82
• 6.1 本文主要工作80
• 6.2 本文主要創(chuàng)新點80-81
• 6.3 進一步工作展望81-82
• 參考文獻82-86
• 致謝86-87
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文87

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本文編號：920069