专利名称：虚实场景信号便携式处理平台的制作方法
技术领域：
本发明属于装备模拟训练及虚拟现实信息化技术领域。具体涉及一种虚实场景信号便携式处理平台。
背景技术：
目前，飞机、汽车等军民用装备模拟训练设备中场景逼真程度较低，一般都是直接进行操作设备训练或者讲解的方法，直接操作设备训练成本比较高，而且在某些情况下容易出现危险事件，直接讲解或者只以简单模拟的训练器不能以训练者所在的实际背景为场景，达不到真实的感觉，让训练事倍功半，同时这些设备还存在信息化程度低等缺点，为了克服上述缺点，特设计虚实场景信号便携式处理平台。中国专利文献库公布了一种名称为《一种飞机自动驾驶模拟装置》(专利申请号 200910244809.8)的发明专利申请技术，该发明专利申请技术公开了一种飞机自动驾驶模拟装置，其特点是模拟装置包括飞行训练器、飞机模型舵面控制机构和飞行实景系统、飞机模型舵面控制机构和飞行实景系统利用计算机网络连接构成一个整体；飞行训练器有服务器、中央操控台、侧杆和显示机构；飞机模型舵面控制机构有飞机半实物模型、副翼、方向舵、升降舵和舵回路控制系统；飞行视景系统由飞行训练器产生的飞机运动数据驱动，显示飞机姿态、飞行数据或飞行轨迹图形。该发明专利申请技术具有结构简单、装配紧凑、经济适用、数据准确、仿真度高、模拟飞机自动和人工驾驶动态性能好等优点。其不足之处在于该发明专利申请技术不能进行虚目标模拟和实背景拍摄，也不能用于虚实结合的场景信号的处理，同时该发明专利申请技术场景信号的处理速度较慢，不具备声音系统、而且功耗大、不便于携带、通信系统不方便、不能即时通信，制造成本较高。
发明内容
为了解决现有技术不能进行虚目标模拟和实背景拍摄，也不能用于虚实结合的场景信号的处理的不足，降低装备训练成本，提高训练效率，同时避免训练中可能会出现的危险，提高模拟训练中的信息化程度，本发明提供一种虚实场景信号便携式处理平台。本发明的虚实场景信号便携式处理平台包括硬件部分和虚拟软件，硬件部分含有主处理器、电源管理系统、通信接口、视频采集接口、显示接口、音频接口、键盘、显示屏、摄像头，硬件部分以主处理器为虚实场景信号便携式处理平台的中心，电源管理系统给整个系统提供电源供给，通过摄像头将实景实时采集，送入视频采集接口，进而从视频采集接口送入主处理器，在主处理器中，将实景进行处理，并同时利用虚拟软件虚拟一个目标，通过目标与实景的纹理、大小、深度、色彩进行自适应匹配叠加后，将叠加后的虚实场景信号送入显示接口通过显示屏进行显示，同时在虚实场景显示的通过音频接口播放声音，控制指令通过键盘输入，通过通信接口把虚实场景信号关键数据发送出去；虚拟软件包括Linux 内核及驱动、Android操作系统和应用软件，在内核及驱动的基础上的Android操作系统主要进行对运行在系统中的各个软件进行管理，驱动程序驱动硬件进行工作，应用软件实现
3虚实场景信号信息采集、视频图像处理、3D实现、虚拟目标以及虚拟出的目标与实背景的自适应叠加、播放、控制、管理和通讯功能。本发明中的主处理器为便携的多媒体处理器。本发明中的主处理器采用Freescale公司的具有Cortex A8或Cortex A9内核的低功耗ARM处理器。本发明中的通信接口采用以太网、WIFI、串口通信接口。本发明中的显示接口采用两路Mbit的IXD显示、TV-OUT或VGA显示接口中的一种。本发明中的通信接口还包括SD卡接口在内的存储接口，并且本身具有4G的Flash 以及256M以上的DDR2。本发明中的虚实场景信号便携式处理平台还包括姿态传感器。本发明利用摄像头等采集实景图像视频，同时利用本身的软硬件系统按照目标运行的轨迹及其形状模拟出虚拟的目标，然后采用相应的自适应叠加技术，把实景视频与虚拟目标实现叠加，配合场景信号模拟出声音信号，同时还进行其它信号的采集与分析，达到虚拟场景真实化的效果，同时设计出基于这种思想的便携式处理平台。本发明的虚实场景信号便携式处理平台先通过识别实景的特征，然后利用这些特征来进行目标匹配叠加的；视频图像的采集与虚目标自适应叠加是实时的，但是也可以非实时性操作，在非实时性操作的时候可以把数据通过相应的存储器存储起来。本发明的虚实场景信号便携式处理平台具有场景信号逼真度高、成本低、安全、运算性能强以及人机界面友好等特点，能在较为恶劣的环境中工作；可以作为模拟训练数据处理中心，具有运行管理软件，实现信息采集、处理、控制、管理和通讯等功能；使用方便，智能程度高，接口较多， 灵活性强。
图1为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的总体结构框图。图2为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的虚拟软件框图。图3为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的虚拟软件流程图。图中，1.主处理器 2.电源管理系统 3.通信接口 4.视频采集接口 5.显示接口 6.音频接口 7.键盘 8.显示屏 9.姿态传感器 10.摄像头 ll.Linux内核及驱动 12. Android操作系统 13.应用软件。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的总体结构框图。如图1所示，本发明的虚实场景信号便携式处理平台，包括硬件部分和虚拟软件，硬件部分含有主处理器1、 电源管理系统2、通信接口 3、视频采集接口 4、显示接口 5、音频接口 6、键盘7、显示屏8、摄像头10，硬件部分以主处理器为虚实场景信号便携式处理平台的中心，电源管理系统给整个系统提供电源供给，通过摄像头10将实景实时采集，送入视频采集接口 4，进而从视频采集接口 4送入主处理器1，在主处理器1中，将实景进行处理，并同时利用虚拟软件虚拟一个目标，通过目标与实景的纹理、大小、深度、色彩进行自适应匹配叠加后，将叠加后的虚实场景信号送入显示接口 5通过显示屏8进行显示，同时在虚实场景显示的通过音频接口 6播放声音，控制指令通过键盘7输入，通过通信接口 3把虚实场景信号关键数据发送出去；虚拟软件包括Linux内核及驱动ll、Android操作系统12和应用软件13，在内核及驱动的基础上的Android操作系统12主要进行对运行在系统中的各个软件进行管理，驱动程序驱动硬件进行工作，应用软件13实现虚实场景信号信息采集、视频图像处理、3D实现、虚拟目标以及虚拟出的目标与实背景的自适应叠加、播放、控制、管理和通讯功能。本发明中的主处理器1采用美国Freescale公司的MICMX515，该芯片内包含ARM Cortex A8内核、视频处理单元(VPU)、图像处理单元(IPU)、3D图形加速功能的多媒体处理器，集成度高、运行速度快、功耗低。本发明中的电源管理系统2采用美国Freescale公司的MC13892芯片，该芯片能够提供多种电压，如 1. 8V、3. 3V、5V、1. 2V、2. 6V、3. 15V,2. 775V、1. 25V，误差均在 5% 以内，同时还能提供实时时钟RTC，保证时间信号的一致性。本发明中的通信接口 3为系统提供与外界交换信号的通道，主要通过FEC、WIFI等接口与外界进行信息交换，同时也保证了多机联合操作时数据的一致性。本发明中的视频采集接口 4与主处理器1和摄像头10连接，控制摄像头的数据采集，同时把采集的数据送给主处理器1。本发明中的显示接口 5与主处理器1和显示屏8连接，把虚实场景信号通过主处理器1进行处理后通过显示屏8进行显示，同时还显示姿态传感器9等采集来的相应的数据参数。本发明中的音频接口 6用于声音的采集与播放，在本发明中主要用于配合场景信号的显示，为场景信号进行声音的模拟，使得更加逼真于现实。本发明中的键盘7采用四川绵阳西南自动化研究所生产的4 X 4键盘，通过普通输入输出接口(GPIO)与主处理器1连接，为整个系统的操作提供相应的辅助功能。本发明的虚实场景信号便携式处理平台还通过增加姿态传感器9采集姿态方位数据，用于指示虚实场景信号便携式处理平台的方位。本发明中的摄像头I0主要采集使用者身处的环境背景。本发明中的通信接口 3中还包括存储接口，存储接口中具有SD卡存储接口，可以高达4G的存储容量，同时本身自带4G的Flash以及高于256M的DDR2。本发明中的显示接口 5可以是两路Mbit的IXD显示接口，同时具备VGA现实接
口一种。 本发明中的音频接口 6采用的音频接口芯片为WM8731。所述的显示屏8可以选择5. 6寸液晶或者7寸液晶等，同时还可以选择宽温的 OLED。图2为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的虚拟软件框图。如图2所示，包含Linux内核及驱动11、Android操作系统12、应用软件13，其中Linux内核及驱动11、 Android操作系统12为虚拟软件基础。所述的Android系统12以Linux内核及驱动11为核心构架各个组件的驱动程序， 并在此基础上编写应用软件13，Android操作系统12是开源的便携式操作系统，具有低功
5耗等特点，而且不用为此而付费用，在Android操作系统12之上建立的应用软件13主要实现虚实场景信号处理功能。图3为本发明的虚实场景信号便携式处理平台的虚拟软件流程图。如图3所示， 本发明的虚实场景信号便携式处理平台上电开始运行，通过键盘给出控制指令，开始采集使用者所处的背景视频并根据使用者的要求模拟虚拟的目标，同时进行虚拟目标与实场景的自适应叠加，然后进行叠加后显示，并播放相应的声音，同时进行各种信息的采集并与外部进行通信，同时处理各种信息，以形成符合使用者训练使用的虚实场景信号，然后判断是否使用完毕，如果完毕，则结束，如果还要继续训练，则继续采集视频同时虚拟虚目标。工作之前要先将软件利用工具如SD卡等下载到本发明的虚实场景信号便携式处理平台的Flash中，以后就可以直接利用了。虚实场景信号便携式处理平台加电后首先启动并运行操作系统，操作系统启动完成后，根据使用者的需要开始运行应用软件，如有错误，则出现提示；如未发现错误，则软件启动完毕，进入工作状态。软件进入工作状态后，通过应用软件调度整个系统的运行。用户可先将虚实场景信号便携式处理平台的外部接口连接好，也可以进行包装成一个小实体，这样更利于便携，可以利用电池进行电源的供给。模拟训练时可以通过相应的通讯方式和其它模拟训练装置相连接，也可以与总控制台相联系，也可以记录下模拟训练时的操作信息，训练之后进行查看。系统持续运行直至人为关机，正常关机前将保存当前设置，并将数据和配置文件写入存储装置里。
权利要求
1.一种虚实场景信号便携式处理平台，包括硬件部分和虚拟软件，硬件部分含有主处理器(1)、电源管理系统(2)、通信接口(3)、视频采集接口(4)、显示接口(5)、音频接口 (6)、键盘(7)、显示屏(8)、摄像头(10)，硬件部分以主处理器为虚实场景信号便携式处理平台的中心，电源管理系统给整个系统提供电源供给，通过摄像头(10)将实景实时采集， 送入视频采集接口( 4)，进而从视频采集接口( 4)送入主处理器(1)，在主处理器(1)中，将实景进行处理，并同时利用虚拟软件虚拟一个目标，通过目标与实景的纹理、大小、深度、 色彩进行自适应匹配叠加后，将叠加后的虚实场景信号送入显示接口(5)通过显示屏(8) 进行显示，同时在虚实场景显示的通过音频接口(6)播放声音，控制指令通过键盘(7)输入，通过通信接口(3)把虚实场景信号关键数据发送出去；虚拟软件包括Linux内核及驱动(11)、Android操作系统(12)和应用软件(13)，在Linux内核及驱动(11)的基础上的 Android操作系统(12)主要进行对运行在系统中的各个软件进行管理，驱动程序驱动硬件进行工作，应用软件(13)实现虚实场景信号信息采集、视频图像处理、3D实现、虚拟目标以及虚拟出的目标与实背景的自适应叠加、播放、控制、管理和通讯功能。
2.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述的主处理器为便携的多媒体处理器。
3.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述的主处理器采用Freescale公司的具有Cortex A8或Cortex A9内核的低功耗ARM处理器。
4.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述的通信接口采用以太网、WIFI、串口通信接口。
5.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述的显示接口采用两路Mbit的IXD显示、TV-OUT或VGA显示接口中的一种。
6.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述通信接口还包括SD卡接口在内的存储接口，并且本身具有4G的Flash以及256M以上的DDR2。
7.根据权利要求1所述的虚实场景信号便携式处理平台，其特征在于所述的虚实场景信号便携式处理平台还包括姿态传感器。
全文摘要
本发明提供了一种虚实场景信号便携式处理平台，包括硬件部分和虚拟软件，硬件部分包括主处理器、电源管理系统、通信接口、视频采集接口、显示接口等在内的诸多模块，所有模块都以主处理器为核心，进行包括视频方位等相应数据的采集、显示，同时进行其它信息处理，构成一套虚实场景信号便携式硬件处理平台；虚拟软件包括Linux内核及驱动，Android操作系统、应用软件，操作系统主要软件进行管理，驱动程序驱动硬件工作，应用软件实现视频采集、虚目标的模拟、虚目标与实场景自适应叠加、声音播放、通讯等多种功能。本发明能提供逼真度较高的场景信号，从而大幅度提高模拟训练效果，成本低、安全性高。
文档编号G09B9/00GK102184655SQ201110112669
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月3日 优先权日2011年5月3日
发明者严发宝, 周勇 申请人:四川省绵阳西南自动化研究所