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

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870316-S010学科分类号：080402硕士学位论文综合飞行显示系统图形生成和视频处理算法研究及FPGA实现研究生姓名郑凯文学科、专业测试计量技术及仪器研究方向信号分析与处理指导教师刘文波教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchongraphicsgenerationandvideoprocessingofinte

2、gratedflightdisplaysystembasedonFPGAAThesisinInstrumentationScienceandTechnologybyZhengKaiwenAdvisedbyProf.LiuWenboSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果

3、，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文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

4、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

5、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

6、程门阵列I南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTCockpitdisplayandcontrolsystemisanimportantpartoftheintegratedavionicssystem.Itisoneofthemostpopulartechnologyinthedevelopmentoftheavionicssystem.Accordingtothecurrentsituationandthemainproblemsofthedomesticaircraftcockpitdisplaysystem,asetofpracticalintegrat

7、edflightdisplaysystemisdesignedinthispaper,whichusesFPGAasthecoreunittocompleteavarietyoffunctionssuchasgraphicsgenerationandvideoprocessing.Accordingtothefunctionandperformancerequirementsofthecockpitdisplaysystem,firstly,thispaperhasdesignedandimplementedhardwarearchitecture,intern