基于LabVIEW的飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)研究

魏士皓，徐健，沈樂剛，陳 偉

（上海飛機制造有限公司，上海201324）

飛機系統(tǒng)是一個龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的正確性及可靠性，在飛機制造過程需要對其進行一系列的性能測試。而EICAS 是連接飛行員與發(fā)動機的一座橋梁，駕駛艙中的EICAS 顯示器顯示了發(fā)動機狀態(tài)和整個飛機上幾十個系統(tǒng)的故障報警信息，為飛行員提供了發(fā)動機工作的基本信息以及對一些特殊情況的處置方法，便于飛行員更好地監(jiān)控發(fā)動機正常安全工作，發(fā)揮發(fā)動機的最大功效，對確保飛行安全以及延長發(fā)動機的有效壽命等起了很大的作用[1-3]。所以，針對EICAS 的功能性試驗測試顯得尤為重要。

現(xiàn)今，國內(nèi)針對飛機總裝測試過程中的EICAS地面功能試驗多以人工手動操作為主，通常是需要幾名試驗人員分別在駕駛艙、飛機測試部位等通過傳呼機進行信息交流，從而完成功能試驗測試。這種多人協(xié)作的人工測試方法一方面測試效率低下，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。近年來，隨著機器視覺技術(shù)的發(fā)展，圖像識別技術(shù)變得越來越成熟。飛機制造業(yè)也在不斷引進圖像識別技術(shù)，從而提高飛機總裝測試效率，提升飛機總裝自動化水平[4-6]。

基于圖像識別技術(shù)原理，采用LabVIEW 中的NI Vision Assistant 視覺助手，開發(fā)了一套飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速有效識別出EICAS信息，消除人工誤判風(fēng)險，提升飛機總裝過程中地面功能試驗測試效率。這對提高飛機自動化、智能化總裝測試技術(shù)具有重要意義。

1 LabVIEW 軟件平臺介紹

LabVIEW 軟件平臺是由美國NI 公司開發(fā)的一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境。該軟件平臺主要用于測試測量、嵌入式應(yīng)用和工業(yè)自動化等領(lǐng)域[7]。LabVIEW 具有豐富的圖像識別模塊，幫助開發(fā)者能快速進行圖像識別。NI Vision Assistant 作為一個交互式的開發(fā)環(huán)境，能快速完成視覺識別過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、字符識別等功能。LabVIEW 為機器視覺提供了一個非常適合的軟件開發(fā)工具[8]。

2 基于LabVIEW 的EICAS信息識別方案設(shè)計

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

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

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

2.1 圖像采集模塊設(shè)計

飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)的圖像采集模塊主要包括光源控制器、光源、鏡頭和相機。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。為確保相機采集到的圖像清晰、無陰影，因此需要選擇一個光源均勻性好的、具有較寬光譜范圍的、光照強度足夠的并且具有較長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)形分布在被測單元正上方和相機周圍，確保了光線均勻，無陰影。此外，光源控制器能對光源進行有效調(diào)節(jié)，方便調(diào)節(jié)光照。

鏡頭也對成像質(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別。選擇一個與相機相匹配的高分辨率鏡頭能提高EICAS信息圖像質(zhì)量。為和相機進行適配，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

相機是直接進行圖像采集的部分。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。其分辨率為600 萬像素，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蟆D4為海康威視工業(yè)相機。

圖4 海康威視工業(yè)相機Fig.4 Hikvision industrial camera

2.2 圖像處理與識別模塊設(shè)計

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

圖5 EICAS信息自動識別流程Fig.5 EICAS information automatic identification flow chart

（1）圖像修正主要是對拍攝傾斜的圖像進行角度旋轉(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，提高后期處理與識別速度。

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

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

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

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

3 飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)應(yīng)用

飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)主要是基于LabVIEW 軟件平臺開發(fā)的，可以快速識別采集到的圖像信息，并在前面板進行顯示。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)框部分為待識別字符，左側(cè)框部分為識別到的字符。由此可以看出，該系統(tǒng)識別結(jié)果良好，能有效識別出EICAS 顯示屏上的信息，消除了人工誤判的風(fēng)險，有效提高飛機總裝地面功能測試的自動化與智能化水平。

4 結(jié)語

基于LabVIEW的飛機駕駛艙EICAS信息自動識別系統(tǒng)實現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下的EICAS信息自動識別與顯示的功能，消除了人工誤判的風(fēng)險；此外，對于飛機總裝制造過程中，地面功能試驗自動化與智能化的提升提供了研究方向。