基于LabVIEW的飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究

魏士皓，徐健，沈樂(lè)剛，陳 偉

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海201324）

飛機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的正確性及可靠性，在飛機(jī)制造過(guò)程需要對(duì)其進(jìn)行一系列的性能測(cè)試。而EICAS 是連接飛行員與發(fā)動(dòng)機(jī)的一座橋梁，駕駛艙中的EICAS 顯示器顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和整個(gè)飛機(jī)上幾十個(gè)系統(tǒng)的故障報(bào)警信息，為飛行員提供了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的基本信息以及對(duì)一些特殊情況的處置方法，便于飛行員更好地監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)正常安全工作，發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功效，對(duì)確保飛行安全以及延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效壽命等起了很大的作用[1-3]。所以，針對(duì)EICAS 的功能性試驗(yàn)測(cè)試顯得尤為重要。

現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)針對(duì)飛機(jī)總裝測(cè)試過(guò)程中的EICAS地面功能試驗(yàn)多以人工手動(dòng)操作為主，通常是需要幾名試驗(yàn)人員分別在駕駛艙、飛機(jī)測(cè)試部位等通過(guò)傳呼機(jī)進(jìn)行信息交流，從而完成功能試驗(yàn)測(cè)試。這種多人協(xié)作的人工測(cè)試方法一方面測(cè)試效率低下，另一方面受主觀因素影響較大，容易產(chǎn)生人工誤判的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)變得越來(lái)越成熟。飛機(jī)制造業(yè)也在不斷引進(jìn)圖像識(shí)別技術(shù)，從而提高飛機(jī)總裝測(cè)試效率，提升飛機(jī)總裝自動(dòng)化水平[4-6]。

基于圖像識(shí)別技術(shù)原理，采用LabVIEW 中的NI Vision Assistant 視覺(jué)助手，開(kāi)發(fā)了一套飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速有效識(shí)別出EICAS信息，消除人工誤判風(fēng)險(xiǎn)，提升飛機(jī)總裝過(guò)程中地面功能試驗(yàn)測(cè)試效率。這對(duì)提高飛機(jī)自動(dòng)化、智能化總裝測(cè)試技術(shù)具有重要意義。

1 LabVIEW 軟件平臺(tái)介紹

LabVIEW 軟件平臺(tái)是由美國(guó)NI 公司開(kāi)發(fā)的一種圖形化的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境。該軟件平臺(tái)主要用于測(cè)試測(cè)量、嵌入式應(yīng)用和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域[7]。LabVIEW 具有豐富的圖像識(shí)別模塊，幫助開(kāi)發(fā)者能快速進(jìn)行圖像識(shí)別。NI Vision Assistant 作為一個(gè)交互式的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能快速完成視覺(jué)識(shí)別過(guò)程中的模型建立與優(yōu)化。其主要包括圖像校準(zhǔn)、圖像顏色處理、圖像灰度和二值化、圖像區(qū)域分割、模型訓(xùn)練、字符識(shí)別等功能。LabVIEW 為機(jī)器視覺(jué)提供了一個(gè)非常適合的軟件開(kāi)發(fā)工具[8]。

2 基于LabVIEW 的EICAS信息識(shí)別方案設(shè)計(jì)

基于LabVIEW 的EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要由圖像采集模塊（能為被識(shí)別圖像補(bǔ)光的光源、獲取圖像信息的鏡頭和相機(jī)）、圖像處理與識(shí)別模塊（采用NI Vision Assistant 視覺(jué)助手建立并訓(xùn)練的識(shí)別模型）和能將識(shí)別到的EICAS信息進(jìn)行顯示的顯示頁(yè)面組成?；贚abVIEW 的EICAS信息識(shí)別流程如圖1所示。

圖1 基于LabVIEW 的EICAS信息識(shí)別流程Fig.1 EICAS information identification flow chart based on LabVIEW

在EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中，采用帶有高分辨率鏡頭的相機(jī)對(duì)飛機(jī)駕駛艙的EICAS 顯示器進(jìn)行拍照，通過(guò)有線/無(wú)線的方式將采集到的圖像信息，傳送至LabVIEW 軟件平臺(tái)中。采用LabVIEW中的NI Vision Assistant 視覺(jué)助手模塊將原始圖像進(jìn)行修正、灰度化和二值化處理，然后將二值化圖像進(jìn)行區(qū)域分割，將需要識(shí)別的信息進(jìn)行字符識(shí)別并提取，最終將EICAS信息顯示在前面板上。

2.1 圖像采集模塊設(shè)計(jì)

飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的圖像采集模塊主要包括光源控制器、光源、鏡頭和相機(jī)。其組成示意圖如圖2所示。

圖2 圖像采集模塊組成示意圖Fig.2 Composition diagram of image acquisition module

光源直接影響圖像采集的質(zhì)量。為確保相機(jī)采集到的圖像清晰、無(wú)陰影，因此需要選擇一個(gè)光源均勻性好的、具有較寬光譜范圍的、光照強(qiáng)度足夠的并且具有較長(zhǎng)的使用壽命和較高穩(wěn)定性的光源。本模塊選用了白光6500 k 顏色的LED 燈珠，燈珠呈環(huán)形分布在被測(cè)單元正上方和相機(jī)周圍，確保了光線均勻，無(wú)陰影。此外，光源控制器能對(duì)光源進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，方便調(diào)節(jié)光照。

鏡頭也對(duì)成像質(zhì)量的好壞具有重要影響，合適的鏡頭能提高圖像的質(zhì)量，方便后期圖像處理和信息識(shí)別。選擇一個(gè)與相機(jī)相匹配的高分辨率鏡頭能提高EICAS信息圖像質(zhì)量。為和相機(jī)進(jìn)行適配，得到最佳的圖像，采用了如圖3所示的微距鏡頭。

圖3 微距鏡頭Fig.3 Macro lens

相機(jī)是直接進(jìn)行圖像采集的部分。為保證成像質(zhì)量，采用海康威視MV-CE060-10UM 彩色USB3.0工業(yè)相機(jī)。其分辨率為600 萬(wàn)像素，數(shù)據(jù)接口為GIGE 千兆網(wǎng)口，能滿足數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊?。圖4為?？低暪I(yè)相機(jī)。

圖4 ?？低暪I(yè)相機(jī)Fig.4 Hikvision industrial camera

2.2 圖像處理與識(shí)別模塊設(shè)計(jì)

針對(duì)飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的圖像處理與識(shí)別模塊通過(guò)LabVIEW 中的NI Vi sion Assistant 視覺(jué)助手進(jìn)行OCR （optical character recognition，光學(xué)字符識(shí)別）建模，對(duì)于采集得到的圖像通過(guò)調(diào)用視覺(jué)助手中的不同模塊，進(jìn)行圖像修正、灰度化和二值化等預(yù)處理操作。然后將二值圖像進(jìn)行區(qū)域分割得到一系列需識(shí)別的有效字符區(qū)域，最終獲得EICAS 的字符信息，并在前面板界面顯示[7，9]。其自動(dòng)識(shí)別流程如圖5所示。

圖5 EICAS信息自動(dòng)識(shí)別流程Fig.5 EICAS information automatic identification flow chart

（1）圖像修正主要是對(duì)拍攝傾斜的圖像進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)，使得圖像不再歪斜，方便后續(xù)處理操作。

（2）圖像灰度化和二值化處理主要是將彩色圖像的像素值變?yōu)? 或1，刪除圖像無(wú)效信息，主要包括圖像背景、圖形等的去除。這將大大降低信息量，提高后期處理與識(shí)別速度。

（3）區(qū)域分割的主要目的是將一連串的待識(shí)別的字符進(jìn)行分割，找到需要識(shí)別的字符，使其成為一系列的單個(gè)字符區(qū)域，方便后期模型識(shí)別。區(qū)域分割在整個(gè)圖像識(shí)別過(guò)程中意義重大，只有將被識(shí)別的字符進(jìn)行有效分割，才能保證后續(xù)圖像識(shí)別與分析的可能性。

（4）通過(guò)視覺(jué)助手的OCR/OCV 模塊產(chǎn)生的字符識(shí)別模型需要大量的樣本訓(xùn)練，才能得到高識(shí)別率的識(shí)別模型，為后期系統(tǒng)能正確識(shí)別出字符提供依據(jù)。EICAS信息的字符識(shí)別訓(xùn)練過(guò)程如圖6所示，字符識(shí)別結(jié)果如圖7所示。

圖6 EICAS信息的字符識(shí)別訓(xùn)練過(guò)程Fig.6 Character recognition training process of EICAS information

圖7 EICAS信息的字符識(shí)別效果圖Fig.7 EICAS information character recognition rendering

3 飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用

飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要是基于LabVIEW 軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，可以快速識(shí)別采集到的圖像信息，并在前面板進(jìn)行顯示。其應(yīng)用結(jié)果如圖8所示。

圖8 結(jié)果應(yīng)用圖Fig.8 Result application diagram

在圖8 中，右側(cè)框部分為待識(shí)別字符，左側(cè)框部分為識(shí)別到的字符。由此可以看出，該系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果良好，能有效識(shí)別出EICAS 顯示屏上的信息，消除了人工誤判的風(fēng)險(xiǎn)，有效提高飛機(jī)總裝地面功能測(cè)試的自動(dòng)化與智能化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

基于LabVIEW的飛機(jī)駕駛艙EICAS信息自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下的EICAS信息自動(dòng)識(shí)別與顯示的功能，消除了人工誤判的風(fēng)險(xiǎn)；此外，對(duì)于飛機(jī)總裝制造過(guò)程中，地面功能試驗(yàn)自動(dòng)化與智能化的提升提供了研究方向。