一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)及方法，屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，該系統(tǒng)包括：主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其用于采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)連接，用于依據(jù)所述主控計(jì)算機(jī)輸入的模擬場景數(shù)據(jù)對可見光圖像與紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像，并輸出視頻信號；模擬座艙顯示系統(tǒng)，其與所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)連接，用于依據(jù)所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)輸出的視頻信號，顯示實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)仿真場景。本發(fā)明直接對輸入的可見光三維場景模型進(jìn)行紅外圖像仿真，實(shí)現(xiàn)可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成，解決了其它圖像生成系統(tǒng)需進(jìn)行大量三維場景建模工作，節(jié)約項(xiàng)目成本。
【專利說明】一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可見光圖像與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可見光和紅外圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)是近年來系統(tǒng)仿真領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。通過圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)的應(yīng)用，可以克服時(shí)間、環(huán)境、地域的限制，在任何時(shí)間、任何地域，都可以切實(shí)感受真實(shí)的環(huán)境。
[0003]其中，可見光圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)已日趨完善，目前已廣泛運(yùn)用于軍事模擬訓(xùn)練、駕駛模擬訓(xùn)練等仿真環(huán)境中。但是，紅外圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)因圖像生成算法復(fù)雜、數(shù)據(jù)計(jì)算量大，一直以來都是圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)的難點(diǎn)問題。國內(nèi)對于紅外圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)基本上還停留在對個(gè)別典型目標(biāo)、個(gè)別過程的模擬上面，沒有形成一個(gè)完整的紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)。目前國內(nèi)可同時(shí)支持可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)未見報(bào)道。
[0004]此外，景物的紅外輻射不僅與景物自身的材料、結(jié)構(gòu)、熱特性等參數(shù)有關(guān)，而且還與大氣、周圍環(huán)境及過去的熱狀態(tài)等因素有著密切的聯(lián)系。目前，國內(nèi)紅外圖像數(shù)據(jù)計(jì)算方法多采用特殊材質(zhì)計(jì)算方法，即對典型目標(biāo)建模時(shí)賦予其特殊材質(zhì)或者紋理特征，使形成固定紅外圖像效果。因此，采用此種方式的紅外效果僅能反映景物在特定條件下的、固定不變的紅外圖像等價(jià)效果。隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷進(jìn)步，此紅外圖像數(shù)據(jù)計(jì)算方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)及方法。在分析紅外成像仿真原理的基礎(chǔ)上，融合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和紅外物理學(xué)，提出了一種基于專業(yè)圖形計(jì)算機(jī)的可見光圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)和紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)一套可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:
[0007]主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其用于采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；
[0008]圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)連接，用于依據(jù)所述主控計(jì)算機(jī)輸入的模擬場景數(shù)據(jù)對可見光圖像與紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像，并輸出視頻信號；
[0009]模擬座艙顯示系統(tǒng)，其與所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)連接，用于依據(jù)所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)輸出的視頻信號，顯示實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)仿真場景。
[0010]其進(jìn)一步特征在于，所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)包括:
[0011]視景模擬系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，用于傳輸所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的模擬場景數(shù)據(jù)；
[0012]圖像處理系統(tǒng)，包括可見光模塊與紅外模塊，兩模塊分別與所述視景模擬系統(tǒng)連接，并通過共享場景地形數(shù)據(jù)庫，各自繪制生成可見光圖像、紅外圖像；
[0013]視頻實(shí)時(shí)切換模塊，通過視頻轉(zhuǎn)換矩陣與可見光模塊、紅外模塊連接，用于可見光圖像與紅外圖像的實(shí)時(shí)切換；
[0014]視景融合系統(tǒng)，其與所述視頻實(shí)時(shí)切換模塊輸出端連接，用于將可見光圖像和紅外圖像的視頻融合處理并輸出視頻信號至所述模擬座艙顯示系統(tǒng)。
[0015]其優(yōu)選特征在于，所述生成可見光圖像處理器為EPX硬件系統(tǒng)。
[0016]其優(yōu)選特征在于，所述生成紅外圖像處理器為商用PC貨架結(jié)構(gòu)。
[0017]其進(jìn)一步特征在于，該系統(tǒng)采用多通道顯示方式，其各個(gè)通道輸出為2048X1536的分辨率，且該系統(tǒng)設(shè)置的刷新率為60Hz。
[0018]其進(jìn)一步特征在于，所述紅外模塊還設(shè)置一個(gè)用于批處理文件的加載插件，所述加載插件自動(dòng)設(shè)置視場角參數(shù)，并將多通道顯示窗口直接設(shè)置到指定顯示器屏幕上。
[0019]一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0020]首先，通過主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；其次，將模擬場景數(shù)據(jù)傳輸給圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，并將可見光圖像和紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像輸出視頻信號；最后將視頻信號傳輸給模擬座艙顯示系統(tǒng)。
[0021]其進(jìn)一步特征在于，所述可見光圖像和紅外圖像融合處理的步驟具體為:
[0022]所述可見光圖像采用EPX系統(tǒng)為現(xiàn)場繪圖繪制引擎；所述紅外圖像采用SigSimRT軟件為現(xiàn)場繪圖繪制引擎；兩種圖形繪制引擎分別同時(shí)進(jìn)行融合處理，并共享場景地形數(shù)據(jù)庫；最后將融合生成圖像輸出視頻信號。
[0023]其進(jìn)一步特征在于，所述見光圖像和紅外圖像能夠通過視頻實(shí)時(shí)切換模塊進(jìn)行各自圖像的切換。
[0024]本發(fā)明有益效果:
[0025]1、本發(fā)明直接對輸入的可見光三維場景模型進(jìn)行紅外圖像仿真，實(shí)現(xiàn)可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成，解決了其它圖像生成系統(tǒng)需進(jìn)行大量三維場景建模工作，節(jié)約項(xiàng)目成本。
[0026]2、本發(fā)明系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合控制方式，根據(jù)場景內(nèi)容控制計(jì)算機(jī)可隨時(shí)切換可見光與紅外圖像；
[0027]3、本發(fā)明系統(tǒng)采用硬件技術(shù)精確控制多通道的同步，解決其它圖形實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)多通道顯示延遲問題；
[0028]4、本發(fā)明紅外圖像采用現(xiàn)場繪圖繪制引擎，并且實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行過程中天氣條件、環(huán)境時(shí)間、光源光強(qiáng)等干擾提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新，從而實(shí)現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境接近的紅外圖像。
[0029]5、本發(fā)明系統(tǒng)每通道最大輸出為分辨率可達(dá)2048X 1536，提供模擬/數(shù)字(DVI)輸出接口 ；可設(shè)定刷新率，典型刷新率為60Hz，性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其它同類產(chǎn)品，彌補(bǔ)其它同類產(chǎn)品輸出分辨率低、系統(tǒng)刷新率低等影響顯示效果的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]其中:1、主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；2、視景模擬系統(tǒng)；3、可見光模塊；4、紅外模塊；5、視頻轉(zhuǎn)換矩陣；6、視頻實(shí)時(shí)切換模塊；7、視景融合系統(tǒng)；8、模擬座艙顯示系統(tǒng)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1，其用于采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)I連接，用于依據(jù)所述主控計(jì)算機(jī)I輸入的模擬場景數(shù)據(jù)對可見光圖像與紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像，并輸出視頻信號；模擬座艙顯示系統(tǒng)8，其與所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)連接，用于依據(jù)所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)輸出的視頻信號，顯示實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)仿真場景。
[0033]其中，所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)包括:視景模擬系統(tǒng)2，其與所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I連接，用于傳輸所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I發(fā)出的模擬場景數(shù)據(jù)；圖像處理系統(tǒng)，包括可見光模塊3與紅外模塊4，兩模塊分別與所述視景模擬系統(tǒng)2連接，并通過共享場景地形數(shù)據(jù)庫，各自繪制生成可見光圖像、紅外圖像；視頻實(shí)時(shí)切換模塊6，通過視頻轉(zhuǎn)換矩陣5與可見光模塊3、紅外模塊4連接，用于可見光圖像與紅外圖像的實(shí)時(shí)切換，經(jīng)過反復(fù)的測試，可見光模塊3和紅外模塊4切換時(shí)間大概在I秒鐘左右，完全實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)切換；視景融合系統(tǒng)7，其與所述視頻實(shí)時(shí)切換模塊6輸出端連接，用于將可見光圖像和紅外圖像的視頻融合處理并輸出視頻信號至所述模擬座艙顯示系統(tǒng)8。
[0034]可見光模塊4的圖像實(shí)時(shí)生成主要基于EPX系列圖形生成計(jì)算機(jī)構(gòu)建，紅外模塊3的圖像實(shí)時(shí)生成主要采用商業(yè)PC貨架式結(jié)構(gòu)，其軟件采用SigSimRT現(xiàn)場繪圖繪制引擎，對運(yùn)行過程中天氣條件、環(huán)境時(shí)間、光源光強(qiáng)等干擾提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)更新，從而實(shí)現(xiàn)與真實(shí)環(huán)境接近的紅外圖像。
[0035]本發(fā)明系統(tǒng)的每通道最大輸出為分辨率可達(dá)2048X 1536，提供模擬/數(shù)字(DVI)輸出接口 ；可設(shè)定刷新率，典型刷新率為60Hz。
[0036]本發(fā)明所述系統(tǒng)中的紅外模塊還設(shè)置一個(gè)用于批處理文件的加載插件，所述加載插件自動(dòng)設(shè)置視場角參數(shù)，并將多通道顯示窗口直接設(shè)置到指定顯示器屏幕上，如此解決了每次啟動(dòng)系統(tǒng)都需要單獨(dú)設(shè)置每個(gè)通道的視場角的麻煩。
[0037]本發(fā)明還提供了一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成的方法，所述方法包括:首先，通過主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；其次，將模擬場景數(shù)據(jù)傳輸給圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，并將可見光圖像和紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像輸出視頻信號；最后將視頻信號傳輸給模擬座艙顯示系統(tǒng)8。
[0038]本發(fā)明的可見光與紅外圖像生成系統(tǒng)及方法可廣泛應(yīng)用于航空、航天及軍事用途模擬器中。例如，將圖像生成技術(shù)運(yùn)用于軍事模擬訓(xùn)練，可以克服時(shí)間、環(huán)境、地域的限制。在任何時(shí)間，任何地域，都可以切實(shí)感受真實(shí)的戰(zhàn)場環(huán)境。針對特定任務(wù)的軍事訓(xùn)練，往往需要在特定的環(huán)境下面進(jìn)行，而這種特定的戰(zhàn)地環(huán)境往往有可能很難獲得。比如說特定的戰(zhàn)地訓(xùn)練，一國的士兵無法在未經(jīng)允許的情況下進(jìn)入另一國家的軍事領(lǐng)地進(jìn)行熟悉環(huán)境的訓(xùn)練，而有的軍事飛行訓(xùn)練必須在特定的天氣狀況和地形背景下面進(jìn)行。這些都給軍事訓(xùn)練帶來了很大的局限性。但是通過虛擬仿真技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)場景仿真的方法真實(shí)感地展示訓(xùn)練環(huán)境，可以讓士兵隨時(shí)接受各種環(huán)境條件下的訓(xùn)練。
[0039]下面以飛行模擬操作為實(shí)施例，具體實(shí)現(xiàn)如下:
[0040]首先，當(dāng)主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I采集到操縱桿傳回的模擬座艙的模擬信號后，以每秒鐘100次的頻率采集數(shù)據(jù)，生成飛機(jī)的位置坐標(biāo)、飛行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給視景模擬系統(tǒng)2 ;其次，視景模擬系統(tǒng)2的控制程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給可見光模塊3和紅外模塊4，可見光模塊3根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)場景和飛機(jī)視點(diǎn)做出相應(yīng)的反應(yīng)，并將飛機(jī)的飛行高度返回給視景模擬系統(tǒng)2的控制程序，視景模擬系統(tǒng)2接收到飛行高度數(shù)據(jù)后，將飛行高度數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)I和紅外模塊4，主控計(jì)算機(jī)I根據(jù)返回的高度值來計(jì)算飛機(jī)的飛行狀態(tài)和顯示儀表狀態(tài)。由于紅外模塊4本身并不能采集飛機(jī)本身的高度數(shù)據(jù)，但是根據(jù)紅外模塊4和可見光模塊3地景數(shù)據(jù)庫的一致性，采用可見光模塊3所采集到的數(shù)據(jù)來確定飛機(jī)的飛行狀態(tài)是可行的。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的效果，要求通訊雙方的通訊速率最少在每秒60次，從而保證可見光模塊和紅外模塊飛行的一致性。
[0041]可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)及虛擬仿真技術(shù)的結(jié)合將是21世紀(jì)武器系統(tǒng)研制和軍隊(duì)建設(shè)的一個(gè)重要手段。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其用于采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)； 圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)連接，用于依據(jù)所述主控計(jì)算機(jī)輸入的模擬場景數(shù)據(jù)對可見光圖像與紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像，并輸出視頻信號； 模擬座艙顯示系統(tǒng)，其與所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)連接，用于依據(jù)所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)輸出的視頻信號，顯示實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)仿真場景。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)包括: 視景模擬系統(tǒng)，其與所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，用于傳輸所述主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的模擬場景數(shù)據(jù)； 圖像處理系統(tǒng)，包括可見光模塊與紅外模塊，兩模塊分別與所述視景模擬系統(tǒng)連接，并通過共享場景地形數(shù)據(jù)庫，各自繪制生成可見光圖像、紅外圖像； 視頻實(shí)時(shí)切換模塊，通過視頻轉(zhuǎn)換矩陣與可見光模塊、紅外模塊連接，用于可見光圖像與紅外圖像的實(shí)時(shí)切換； 視景融合系統(tǒng)，其與所述視頻實(shí)時(shí)切換模塊輸出端連接，用于將可見光圖像和紅外圖像的視景融合處理并輸出視頻信號至所述模擬座艙顯示系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述生成可見光圖像處理器為EPX硬件系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述生成紅外圖像處理器為商用PC貨架結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)采用多通道顯示方式，其各個(gè)通道輸出為2048X1536的分辨率，且該系統(tǒng)設(shè)置的刷新率為60Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外模塊還設(shè)置一個(gè)用于批處理文件的加載插件，所述加載插件自動(dòng)設(shè)置視場角參數(shù)，并將多通道顯示窗口直接設(shè)置到指定顯示器屏幕上。
7.—種可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成方法，其特征在于，所述方法包括:首先，通過主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集模擬座艙的操控信號，生成模擬場景數(shù)據(jù)；其次，將模擬場景數(shù)據(jù)傳輸給圖像實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)，并將可見光圖像和紅外圖像實(shí)時(shí)融合生成圖像輸出視頻信號；最后將視頻信號傳輸給模擬座艙顯示系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成方法，其特征在于，所述可見光圖像和紅外圖像融合處理的步驟具體為: 所述可見光圖像采用EPX系統(tǒng)為現(xiàn)場繪圖繪制引擎；所述紅外圖像采用SigSimRT軟件為現(xiàn)場繪圖繪制引擎；兩種圖形繪制引擎分別同時(shí)進(jìn)行融合處理，并共享場景地形數(shù)據(jù)庫；最后將融合生成圖像輸出視頻信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見光與紅外圖像實(shí)時(shí)生成方法，其特征在于，所述見光圖像和紅外圖像能夠通過視頻實(shí)時(shí)切換模塊進(jìn)行各自圖像的切換。
【文檔編號】G06T17/00GK103593494SQ201310304307
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】祝廣波, 王亞宏, 喻細(xì)輝, 王子建, 趙麗文, 馬麗娜, 羅金才, 杜方強(qiáng), 李鐵城 申請人:北京賽四達(dá)科技股份有限公司