基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，该系统包含：训练间，其具有半封闭的洞穴状空间，训练间的侧壁设置有投影屏幕；三维体感摄影机，其设置于训练间内，采集训练间中受训人员的动作与位移，转为人体行动数据并输出；仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息；图像合成机，其输入端电路连接三维体感摄影机和仿真场景存储模块的输出端；图像生成机，其输入端网络连接图像合成机的输出端；投影仪，其输入端电路连接图像生成机的输出端，投影输出端分别对准所述投影屏幕。本实用新型采用三维体感摄影机Kinect作为受训人员动作捕捉采集设备，可以准确地识别人体动作，价格低廉，操作简单。
【专利说明】基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种仿真训练系统，具体涉及一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统。
【背景技术】
[0002]由于带电作业的危险性，带电作业培训不能在现场设备上进行。传统的带电作业培训大多是在计算机上完成的，学员使用鼠标和键盘对计算机中电气设备进行操作。但是这种培训方式与真实场景有很大不同，很难让学员产生现场操作的真实体验。随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术被应用于电力仿真培训领域，可以借助数据手套、光学数据衣等动作捕捉设备来与虚拟场景进行交互。
[0003]目前的动作捕捉设备系统价格昂贵、操作复杂、设备处理工作量大，并且对于动作捕捉操作场地的光照、反射情况有较高的要求，装置校准也较为繁琐。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，可以准确地识别人体动作，价格低廉，操作简单。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特点是，该系统包含:
[0006]训练间，其具有半封闭的洞穴状空间，训练间的侧壁设置有投影屏幕；
[0007]三维体感摄影机，其设置于训练间内，采集训练间中受训人员的动作与位移，转为人体行动数据并输出；
[0008]仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息；
[0009]图像合成机，其输入端电路连接三维体感摄影机和仿真场景存储模块的输出端；
[0010]图像生成机，其输入端网络连接图像合成机的输出端；
[0011]投影仪，其输入端电路连接图像生成机的输出端，投影输出端分别对准所述投影屏幕。
[0012]上述三维体感摄影机采用微软公司的Kinect设备。
[0013]上述图像合成机与图像生成机之间通过网络交换机进行网络通信。
[0014]每个上述投影屏幕配备有两组图像生成机和投影仪，该两组图像生成机和投影仪分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于投影屏幕，该配电仿真训练系统还包含匹配三维场景图像的立体眼镜。
[0015]该系统还包含靠近训练间设置的音响设备。
[0016]上述训练间设有三面相邻的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角设置。
[0017]上述三面侧壁上分别设有投影屏幕，每个投影屏幕分别对应设有投影仪。
[0018]上述图像合成机与图像生成机采用集成电路。
[0019]本实用新型基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统和现有技术的配电训练技术相比，其优点在于，本实用新型采用三维体感摄影机Kinect作为受训人员动作捕捉采集设备，可以准确地识别人体动作，价格低廉，操作简单。
[0020]本实用新型基于洞穴状虚拟系统技术，采用半封闭空间并配合投影建立配电操作仿真的硬件环境，通过动作捕捉设备采集受训人员的操作动作，并通过由集成电路实现的图像合成机将预制的仿真场景与受训人员的仿真操作进行合成与适当交互，并将合成的仿真操作的图像通过投影仪投射在训练间中给受训人员查看，以实现增强受训人员现场真实操作体验、提高培训效果的目的；
[0021]本实用新型还设有立体眼镜和音响设备，立体眼镜实现仿图像的三维化，提高受训人员的视觉感受，音响设备增加训练期间的环境声音仿真，增强受训人员现场真实操作体验、提高培训效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统的硬件结构示意图；
[0023]图2为本实用新型基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统的图像合成机的电路框图；
[0024]图3为本实用新型基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统的图像生成机的电路框图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。
[0026]如图1所示，本实用新型一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，该系统集成了图形处理站、网络交换机4、三维体感摄影机1、立体眼镜、投影仪6、音响的硬件设备。
[0027]配电仿真训练系包含有训练间，该训练间采用一个具有半封闭空间的洞穴状房间，其中一个侧壁设有进入口，其余侧壁则设有投影屏幕7，用于仿真操作图像投射。本实施例中训练间设有三面相邻的作为图像投射的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角设置，该三面内侧壁上分别设有投影屏幕7，每个投影屏幕7分别对应设有投影仪6，图像分别通过三个投影屏幕7对应的投影仪6投射到三面内侧壁上组成一个整体的仿真的配电训练场景。训练间用于投射图像的内侧壁还可以做成弧形或环形屏幕以投射场景图像，提高仿真的体验。
[0028]优选的，训练间用于投射图像的侧壁整体由投影屏幕7制成，投影仪6分别设置于训练间侧壁的背面(训练间外侧)，投影口正对于投影屏幕7，实现训练间的仿真投影。
[0029]或者，训练间用于投射图像的侧壁为实体，投影屏幕7设置在内侧壁上，在训练间不作为投影的一侧设置对应的投影仪6，分别对投影屏幕7进行投射。
[0030]三维体感摄影机I采用微软公司的Kinect设备，Kinect体感摄像机透过位于镜头前的光栅，将编码红外线均匀分散于测量空间中，并有红外线摄像机记录下每个带有空间标记的散斑，原始数据通过内置芯片计算生成具有3D深度信息的图像数据，物体在该空间移动时，即可完整的记录位移的变化量。深度信息转化成的3D图像数据用于转化为人体骨骼数据，系统针对人体的骨骼特征，记录下20组数据来跟踪人体躯干、四肢和手指的动作，然后输出至图像合成机2，。当Kinect将捕捉到的影像与本身内部存在的人体模型对照，如果影像与内部人体模型相符，建立相应的人体骨骼模型，输出仿真受训人员的人体行动图像。
[0031]仿真场景存储模块3用于存储预设的仿真场景信息，该仿真场景信息包含实际配电操作现场场景的仿真图像以及用于操作练习的仿真设备图像。
[0032]图像合成机2的输入端电路连接三维体感摄影机I和仿真场景存储模块3的输出端，三维体感摄影机I输出仿真受训人员图像信息至图像合成机2，仿真场景存储模块3输出预设的仿真场景信息至图像合成机2，图像合成机2接收仿真受训人员的人体行动图像信息和预设的仿真场景信息，将上述接收的图像信息合成，仿真受训人员行动图像融入仿真场景及设备图像，实现受训人员在仿真场景及设备图像中进行操作行为的仿真图像。本实施例中将一个整体的图形分为三个图像分别投影在三面投影屏幕7上，在训练间内组成一个整体的仿真场景。本实用新型中图像合成机2采用集成电路实现。
[0033]如图2所示，为图像合成机2的电路框图，其包含:信号输入模块21，输入端电路连接信号输入模块21输出端的脉冲噪声处理模块22，输入端电路连接脉冲噪声处理模块22输出端的色彩处理模块23，控制信号产生模块26，输入端电路连接控制信号产生模块26输出端的场景生成模块25，输入端分别电路连接场景生成模块25和色彩处理模块23的存储器24 (RAM)，输入端电路连接存储器24输出端的图像输出模块27，存储器24输出端还电路连接至脉冲噪声处理模块22。
[0034]信号输入模块21接收三维体感摄影机I采集的仿真受训人员图像信息，输出至脉冲噪声处理模块22进行降噪，传输至色彩处理模块23进行色彩渲染在输出至存储器24。控制信号产生模块26输出启动信号，启动场景生成模块25接收仿真场景存储模块3的预设的仿真场景信息产生仿真场景信号，并输出至存储器24，再经过脉冲噪声处理模块22和脉冲噪声处理模块22优化后，经上述处理的仿真受训人员图像信号和仿真场景信号的通过通信模块27输出。
[0035]图像生成机5输入端网络连接图像合成机2的输出端。可以设置若干个图像生成机5，每个图像生成机5分别于一个投影仪6对应，接收用于组成一个整体仿真场景的部分图像信息，并生成用于投影仪读取的图像信号。本实用新型中图像生成机5采用集成电路实现。
[0036]如图3所示，为图像生成机5的电路框图，其包含:通信模块51，控制信号产生模块53，输入端分别电路连接通信模块51和控制信号产生模块53的存储器52 (RAM)，输入端电路连接存储器52输出端的图形输出模块54。
[0037]通信模块51通过网络交换机4接收图像合成机2的输出，输送至存储器52，图像输出模块54根据接收的信号进行图像的产生并输出合成的图像信号至投影仪6。
[0038]本实施例中，图像合成机2与图像生成机5之间通过网络交换机4进行网络通信。
[0039]投影仪6输入端电路连接图像生成机5的输出端，投影输出端分别对准投影屏幕7。
[0040]本实施例中，设有三组对应的图像生成机5和投影仪6，图像合成机2将整体180度的受训人员在仿真场景及设备图像中进行操作的仿真图像分为三部分，分别发送至三个图像生成机5，图像生成机5分别生成图像信号发送至其对应的投影仪6，投影仪6各自将图像投射到三面投影屏幕7上，在三面投影屏幕7上组成一个整体的仿真图像，形成仿真的配电训练场景。
[0041]优选的，每个投影屏幕7配备有两组图像生成机5和投影仪6，该两组图像生成机5和投影仪6分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于一面投影屏幕7，在投影左眼图像的投影机前加上偏正镜，在投影右眼图像的投影机前加上旋转90度偏正镜，受训人员戴上与三维场景图像匹配的立体眼镜后，左右眼的偏振镜可实现相应的旋转，从而产生具有3D景深效果的立体影像。
[0042]优选的，配电仿真训练系统还包含靠近训练间设置的音响设备，该音响设备可根据投影的仿真场景播放相应的音频信息，增加临场感受。
[0043]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，该系统包含: 训练间，其具有半封闭的洞穴状空间，训练间的侧壁设置有投影屏幕； 三维体感摄影机，其设置于训练间内，采集训练间中受训人员的动作与位移，转为人体行动数据并输出； 仿真场景存储模块，其存储预设的仿真场景信息； 图像合成机，其输入端电路连接所述三维体感摄影机和仿真场景存储模块的输出端； 图像生成机，其输入端网络连接所述的图像合成机的输出端； 投影仪，其输入端电路连接所述图像生成机的输出端，投影输出端分别对准所述投影屏幕。
2.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，所述三维体感摄影机采用微软公司的Kinect设备。
3.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，所述图像合成机与图像生成机之间通过网络交换机进行网络通信。
4.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，每个所述投影屏幕配备有两组图像生成机和投影仪，该两组图像生成机和投影仪分别生成渲染左、右眼的三维场景图像投射于投影屏幕，该基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统还包含匹配三维场景图像的立体眼镜。
5.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，该系统还包含靠近训练间设置的音响设备。
6.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，所述训练间设有三面相邻的侧壁，该三面侧壁中相邻的两侧壁之间呈直角设置。
7.如权利要求6所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，所述三面侧壁上分别设有投影屏幕，每个投影屏幕分别对应设有投影仪。
8.如权利要求1所述的基于三维体感摄影机的带电作业仿真训练系统，其特征在于，所述图像合成机与图像生成机采用集成电路。
【文档编号】G09B9/00GK203825855SQ201420186968
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】丁雷青, 高敬贝, 彭勇, 俞心红 申请人:国网上海市电力公司, 中国华东电力集团公司上海仿真控制系统公司