一种光学成像系统、飞行模拟复合系统及飞行模拟方法与流程

1.本发明涉及光学成像及仿真技术领域，特别涉及一种光学成像系统、飞行模拟复合系统及飞行模拟方法。


背景技术：

2.随着飞行仿真技术的发展，飞行模拟器的性能不断提高，利用飞行模拟器进行飞行训练逐渐成为民航及国防的重要手段和武器装备研制的重要内容。市场中的飞行模拟器大量使用的是球形、环形或三拼型的视景显示形式和vr头盔，这些模拟器目前存在各种各样的问题。
3.本发明人发现的，球幕和环形飞行模拟系统由于光学成像系统的问题存在光学系统体积大、光学成像系统存在暗场融合带、光学成像设备易变形和成型光学材料昂贵问题，并且视点在球心不可调节，在实际使用过程中通过使用昂贵的光学设备或处理才可以消除视差，且只能在球心外观看，并且观看人会遮挡画面，很难进一步提高仿真效果；而三拼接拼接屏飞行模拟系统是市场上常见的方案，其立体视觉较差，不具备多通道传递功能，面对大量信息处理时无法兼容且光学成像系统不同层间拼缝较大整体视觉效果较差；vr技术是近几年兴起的技术，仅限于单人观看，由于3d光学视角固有缺陷，长期使用容易使人眩晕，无法适用于长期飞行模拟。


技术实现要素：

4.为克服现有光学系统缺点，解决以上至少一个问题，本发明提出一种光学成像系统，其特征在于，包含光源模块、光学成像模块与控制模块；所述光学成像模块固定于所述光源模块内侧；所述控制模块包含影音输入单元和分屏处理单元；所述影音输入单元用于信号输入并将信号分解为同步的图像控制信号和信号；所述光源模块包含至少一个光学单元和至少一个光路处理单元；至少一个所述光学单元和所述光路处理单元通过光路连接，所述光路处理单元和所述光学成像模块通过光路连接；所述影音输入单元和所述分屏处理单元通过控制信号连接，所述分屏处理单元和所述光学单元通过控制信号连接。
5.优选的，所述光源模块包含第一光学单元、第二光学单元和第一光路处理单元；所述影音输入单元和所述分屏处理单元通过控制信号连接；所述分屏处理单元和所述第一光学单元通过控制信号连接；所述第一光学单元和所述光学成像模块通过光路连接。
6.优选的，所述光源模块包含第三光学单元至第n光学单元；所述光源模块包含第二光路处理单元至第m光路处理单元；所述影音输入单元和所述分屏处理单元通过控制信号连接；所述分屏处理单元和所述第n光学单元通过控制信号连接；第n光学单元和第n-1光路处理单元通过光路连接；第n-1光路处理单元和所述光学成像模块通过光路连接；n为≥2自然数；m为≥1自然数。
7.优选的，光学成像系统还包含支撑模块；所述光学成像模块和所述光源模块通过所述支撑模块连接；所述支撑模块包含第一支撑装置；所述第一支撑装置固定于所述光学
成像模块外侧。
8.优选的，所述第一光学单元半固定安装于所述第一支撑装置并在所述光学成像模块完成光学成像；所述光学成像模块需要做坡面处理。
9.优选的，所述支撑模块还包括第二支撑装置和第三支撑装置。
10.优选的，所述第二光学单元半固定安装于所述第二支撑装置；所述第二支撑装置将相邻的所述第一支撑装置的在远离所述光学成像模块的方向末端固定连接。
11.优选的，所述第三支撑装置在所述光学成像模块外侧整体固定连接。
12.优选的，所述第一光路处理单元包含第一光路处理装置；所述第一光路处理装置和所述第二光学单元通过光路连接；所述第一光路处理装置需要边缘黑化处理。
13.优选的，所述支撑模块还包括地面固定支撑的光路处理支撑装置；所述光路处理支撑装置在竖直截面方向包含两个及两个以上的支撑杆。
14.优选的，所述光路处理支撑装置和所述第一光路处理装置固定连接；所述支撑杆固定于所述光学成像模块直接相连的所述第三支撑装置。
15.优选的，光学成像系统还包含安装锥台；所述安装锥台包含顶面、底面及连接顶面和底面的斜面。
16.所述安装锥台包含三面锥台、四面锥台乃至p面锥台；p为≧3的正整数。
17.一种可行的实施方式，所述斜面由顺次连接的锥面组成；所述锥面均匀设有用于固定所述第三支撑装置的固定孔。
18.一种可行的实施方式，所述斜面由顺次连接的锥面组成，依次排序为第一锥面乃至第p锥面，排序为奇数的锥面均匀设有用于固定所述第三支撑装置的固定孔。
19.优选的，光学成像系统还包含中空的塔件；所述塔件包含外表面；所述外表面包含第一外表面、第二外表面和第三外表面；所述第二外表面和所述第三外表面关于所述第一外表面中心垂直线轴对称放置。
20.优选的，所述塔件的外截面呈三角形或六边形。
21.优选的，所述光学成像模块和所述第三支撑装置通过所述塔件连接；所述第一外表面及所述第一外表面连接的第三支撑装置设有垂直所述第一外表面方向第一固定孔。
22.优选的，所述第二外表面和所述第三外表面在连接处附近设有相对所述第一外表面中心垂直线对称的台阶凸起；所述第二外表面设有第二固定孔；所述第三外表面设有第三固定孔；所述第二外表面在与所述光学成像模块连接末端设有向第一固定挡片；所述第三外表面在与所述光学成像模块连接末端设有第二固定挡片。
23.优选的，所述台阶凸起和所述光学成像模块卡合；所述第一固定挡片同所述第二固定孔及所述台阶凸起共同将所述第二外表面和所述光学成像模块固定；所述第二固定挡片同所述第三固定孔及所述台阶凸起共同将所述第二外表面和所述光学成像模块固定；所述固定挡片包含起固定功能的螺母垫片。
24.优选的，所述塔件还包含内表面；所述内表面包含第一凸起。
25.优选的，所述第一凸起同所述第一固定孔和所述第二固定孔匹配。
26.优选的，所述光学成像模块包含延伸部分，相邻的所述延伸部分从所述光学成像模块和所述塔件的连接边缘相向延伸。
27.优选的，光学成像系统还包含同步控制播放单元和音频扩声单元；所述音频扩声
单元与所述同步控制播放单元通过控制信号连接，所述同步控制播放单元和所述影音输入单元通过控制信号连接；所述同步控制播放单元控制所述音频扩声单元和所述分屏处理单元完成同步播放。
28.一种飞行模拟复合系统，其特征在于，除上述光学成像系统外还包含，模拟座舱系统；所述模拟座舱系统和所述控制模块通过控制信号连接，根据需求场景定制化制作，可实现不同飞行器的飞行训练。
29.一种飞行模拟方法，使用上述系统或复合系统运行。
30.有益效果
31.本发明克服现有光学系统缺点，解决光学系统暗场融合带、光学系统体积庞大、成本昂贵、层间拼缝较大、视觉效果差使用不便等问题，具有以下特点：
32.(1)采用分屏处理单元将图像信号分屏处理时在图像边缘设置过渡区，可以匹配光学成像模块坡面处理及光路处理单元的边缘黑化处理，可以防止光学成像光衍射，避免了“暗场效应”，进一步改善了模拟视觉效果；
33.(2)采用分屏处理单元和多个分置的光学单元，在光学成像模块内部即可方便多通道多视角获取成像信息，克服了视点在球心不可调节，且只能在球心外观看，并且观看人会遮挡画面的问题；
34.(3)光学成像增加了光路处理单元，对第二图像信号经过反射后再传递至光学成像模块，较常规光学系统进一步减小了支架和系统的体积；
35.(4)光学成像模块和支撑装置通过塔件连接并呈现一定角度，光学成像模块包含从光学成像模块和塔件的连接边缘相向延伸的延伸部分，通过对塔件上支撑装置施力，较常规光学成像系统，光学成像模块层间拼缝大大减小，进一步改善了模拟视觉效果连续性。
附图说明
36.图1示出了光学成像系统运行示意图；
37.图2示出了光学成像系统组成示意图；
38.图3示出了连接用安装锥台结构组成示意图；
39.图4示出了连接用塔架和支撑结构及光学成像模块实际安装结构组成示意图；
40.图5示出了连接用塔架结构示意图；
41.图6示出了第一光路处理装置结构示意图；
42.光源模块1；第一光学单元11；第二光学单元12；第一光路处理单元13；第一光路处理装置131；反射区1311；阴影区1312；
43.光学成像模块2；延伸部分21；
44.支撑模块3；第一支撑装置31；第二支撑装置32；第三支撑装置33；光路处理支撑装置34；安装锥台35；固定孔351；斜面352；顶面353；底面354；
45.控制模块4；
46.塔件5；外表面51；第一外表面511；第一固定孔5111；第二外表面512；台阶凸起5121；第二固定孔5122a；第三固定孔5122b；第一固定挡片5123a；第二固定挡片5123b；第三外表面513；内表面52；第一凸起521；
47.模拟座舱系统6。
具体实施方式
48.现在将参照若干示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
49.如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。
50.本实施例公开了一种光学成像系统，如下图1所示包含光源模块1、光学成像模块2、支撑模块3与控制模块4；所述光学成像模块2固定于所述光源模块1内侧并通过支撑模块3连接；控制模块4包含影音输入单元和分屏处理单元；影音输入单元用于信号输入并将信号分解为同步的图像控制信号和音频控制信号；
51.一种可行的实施方式，如下图1所示，光源模块1包含第一光学单元11、第二光学单元12和第一光路处理单元13；影音输入单元和分屏处理单元通过控制信号连接；分屏处理单元和第一光学单元11通过控制信号连接；第一光学单元11和光学成像模块2通过光路连接。
52.一种可行的实施方式，如下图1所示，光源模块1包含第一光学单元11、第二光学单元12和第一光路处理单元13；影音输入单元和分屏处理单元通过控制信号连接；分屏处理单元和第一光学单元11通过控制信号连接；第一光学单元11和光学成像模块2通过光路连接。光源模块1还包含第三光学单元至第n光学单元；光源模块1包含第二光路处理单元至第m光路处理单元；影音输入单元和分屏处理单元通过控制信号连接；分屏处理单元和第n光学单元通过控制信号连接；第n光学单元和第n-1光路处理单元通过光路连接；第n-1光路处理单元和光学成像模块2通过光路连接；n为≥2自然数；m为≥1自然数。
53.一种可行的实施方式，如下图1、2所示，光源模块1包含第一光学单元11、第二光学单元12和第一光路处理单元13；影音输入单元和分屏处理单元通过控制信号连接；分屏处理单元和第一光学单元11通过控制信号连接；第一光学单元11和光学成像模块2通过光路连接。光源模块1还包含第三光学单元；光源模块1还包含第二光路处理单元；影音输入单元和分屏处理单元通过控制信号连接；分屏处理单元和第二/三光学单元通过控制信号连接；第二光学单元12和第一光路处理单元13通过光路连接；第三光学单元和第二光路处理单元通过光路连接；第一光路处理单元13和光学成像模块2通过光路连接；第二光路处理单元和光学成像模块2通过光路连接。
54.一种可行的实施例，分屏处理单元对输入信号分屏处理，传递至各光学单元，光学单元产生不同形状的特定光学信号，光学单元还包含光学透镜，使得光学信号聚集按照设定光路传播。
55.光学成像系统还包含同步控制播放单元和音频扩声单元；影音输入单元与同步控制播放单元通过控制信号连接，同步控制播放单元与音频扩声单元控制信号连接；音频控制信号由影音输入单元流向音频扩声单元；同步控制播放单元控制音频扩声单元和分屏处理单元完成同步播放。
56.一种可选的实施例，整套光学成像系统由8个光学成像通道组成，整体化安装完效果如下图2所示，包含光源模块1、光学成像模块2与支撑模块3；支撑模块3包含第一支撑装
置31与第三支撑装置33；光源模块1包含第一光学单元11；第一光学单元11半固定安装于第一支撑装置31并在光学成像模块2完成光学成像。采用分屏处理单元和多个分置的光学单元，在光学成像模块2内部即可方便多通道多视角获取成像信息，克服了视点在球心不可调节，且只能在球心外观看，并且观看人会遮挡画面的问题。
57.一种可选的实施例，如图2、3所示，支撑模块3包含光学成像模块2外侧的第一支撑装置31；第一光学单元11半固定安装于第一支撑装置31并在光学成像模块2完成光学成像；光学成像模块2需要做坡面处理，以防止光学成像光衍射。采用分屏处理单元将图像信号分屏处理时在图像边缘设置过渡区，可以匹配光学成像模块2坡面处理，可以防止光学成像光衍射，避免了“暗场效应”，进一步改善了模拟视觉效果。
58.一种可选的实施例，如图2所示，支撑模块3还包括半固定安装第二光学单元12的第二支撑装置32和固定光学成像模块2的第三支撑装置33；第三支撑装置33在光学成像模块2外侧整体固定连接；第二支撑装置32用于将相邻的第一支撑装置31的在远离光学成像模块2方向的末端两两固定连接。
59.一种可选的实施例，第一光路处理单元13包含用于第二光学单元12的第一光路处理装置131；支撑模块3还包括用于第一光路处理装置131与地面固定支撑的光路处理支撑装置34；第二图像信号经第一光路处理单元13处理后再传递至光学成像模块2，较常规光学系统进一步减小了支架和系统的体积。如图3所示，光路处理支撑装置34在竖直截面方向包含两个及以上的支撑杆，支撑杆固定于光学成像模块2直接相连的第三支撑装置33；第三支撑装置33由安装锥台35连接。
60.如图4所示，光学成像系统还包含安装锥台35；所述安装锥台35包含顶面353、底面354及连接顶面353和底面354的斜面352。安装锥台35为六面锥台。
61.一种可行的实施方式，所述斜面352由顺次连接的锥面组成，依次排序为第一锥面乃至第六锥面，排序为第一、第三和第五的锥面均匀设有用于固定所述第三支撑装置33的固定孔351。对于安装锥台35为偶数面锥台，选用排序第二、第四和第六的锥面设置固定孔351可以实现同样的效果。
62.一种可选的实施例，如图4、5所示，光学成像系统还包含中空的塔件5；所述塔件5包含外表面51；所述外表面51包含第一外表面511、第二外表面512和第三外表面513；所述第二外表面512和所述第三外表面513关于所述第一外表面511中心垂直线轴对称放置。
63.如图4所示，所述塔件5的外截面呈三角形；第二外表面512和第三外表面513相对第一外表面511中心垂线轴对称放置。
64.所述光学成像模块2和所述第三支撑装置33通过所述塔件5连接；所述第一外表面511及所述第一外表面511连接的第三支撑装置33设有垂直所述第一外表面511方向第一固定孔5111。
65.所述第二外表面512和所述第三外表面513在连接处附近设有相对所述第一外表面511中心垂直线对称的台阶凸起5121；所述第二外表面512设有第二固定孔5122a；所述第三外表面513设有第三固定孔5122b；所述第二外表面512在与所述光学成像模块2连接末端设有向第一固定挡片5123a；所述第三外表面513在与所述光学成像模块2连接末端设有第二固定挡片5123b。第一固定挡片5123a和第二固定挡片5123b相对第一外表面511中心垂线轴对称放置。
66.所述台阶凸起5121和所述光学成像模块2卡合；所述第一固定挡片5123a同所述第二固定孔5122a及所述台阶凸起5121共同将所述第二外表面512和所述光学成像模块2固定，防止平行第二表面相对滑动；所述第二固定挡片5123b同所述第三固定孔5122b及所述台阶凸起5121共同将所述第二外表面512和所述光学成像模块2固定，防止平行第三表面相对滑动；所述固定挡片5123包含起固定功能的螺母垫片。
67.所述塔件5还包含内表面52；所述内表面52包含第一凸起521。所述第一凸起521同所述第一固定孔5111和所述第二固定孔5122匹配，固定螺钉可以从第一固定孔5111或所述第二固定孔5122导入在第一凸起521设置的内螺纹啮合。
68.光学成像模块2还包含延伸部分21，相邻的延伸部分21从光学成像模块2和塔件5的连接边缘相向延伸。光学成像模块2和支撑装置通过塔件5连接并呈现一定角度，光学成像模块2包含从光学成像模块2和塔件5的连接边缘相向延伸的延伸部分21，通过对塔件5上支撑装置施力，较常规光学成像系统，光学成像模块2层间拼缝大大减小，进一步改善了模拟视觉效果连续性。
69.本实施例公开了一种飞行模拟复合系统，如图2所示包括，光学成像系统和模拟座舱系统6；影音输入单元包含变形矫正软件，用于将光源模块1的计算、变形、融合和光学成像信号投射。
70.整体系统将具有大视角、高分辨率、次时代显示效果等特点，可用于多种飞行器装备的模拟飞行训练。
71.模拟座舱系统，按照需要定制化制作，可实现不同飞机的飞行训练，提高设备利用率，节省研制成本；
72.光学成像系统，是新型飞行模拟器最重要组成部分，真实显示飞行过程中座舱外部的景象。系统采用多台激光光源工程光学成像机完成光学成像子系统建设。针对该飞行模拟系统的多通道光学成像处理，进行了完善的建模计算，定制化设计出一整套完整的光学成像机及相关设备安装结构，极大地降低了资源浪费，有效地减小系统占地面积，同时也保证了系统具备较高的性价比。
73.本系统采用定制化专用系统结构及光路设计，光学成像模块2做坡面处理，和边缘黑化处理，以防止光学成像光线衍射，产生亮线，影响观看效果。
74.光源模块1可以单独采用正五边形或不同多边形组合形式，由多个相对独立的五边形平面组成；为避免屏幕缝隙漏光以及受到温度变化的热胀冷缩，同时便于屏幕的维护及光学成像机光线的调整，屏幕做坡面处理，使相邻屏幕物理接触由“线”变成“面”，形成“塔”式结构。
75.光学成像装置安装结构，采用钢制结构，以增强持久型，根据光学成像空间尺寸，可以采用一次反射系统解决机器位置布局。
76.为保证系统使用的私密型，同时保证相邻系统避免干扰，对光学成像模块2空间进行封闭。
77.为了保证无变形失真、高分辨率、高对比度的高质视景画面输出，需要使用变形矫正软件scalable，为多台光学成像机计算变形和融合并且将计算结果分发到光学成像模块2上。
78.一种可行的实施例，如图6所示第一光路处理装置131需要边缘黑化处理，第一光
路处理装置131分为反射区1311和阴影区1312；光源模块1产生特定形状光学信号和反射区1311形状匹配，防止多余反射光对光学成像效果影响。
79.本实施例公开了一种飞行模拟方法，操作人员在控制模块4的影音输入单元输入模式参数等信号，可以通过同步控制播放单元直接控制分屏处理单元、音频扩声单元进而直接控制进度和内容，同时灯光单元、机电单元完成同步播放；音输入单元用于信号输入并将信号分解为同步的图像控制信号和音频控制信号；分屏处理单元产生第一图像信号和第二图像信号；经过第一光学单元11转换为对应的图像信息，直接流向光学成像模块2，第二图像信号经过第一光路处理单元13后进入光学成像模块2。
80.一种可选的实施例，采用分屏处理单元将图像信号分屏处理时在图像边缘设置过渡区，可以匹配光学成像模块2的坡面处理及边缘黑化处理，可以防止光学成像光衍射，避免了“暗场效应”，进一步改善了模拟视觉效果；
81.一种可选的实施例，采用分屏处理单元和多个分置的光学单元，在光学成像模块2内部即可方便多通道多视角获取成像信息，克服了视点在球心不可调节，且只能在球心外观看，并且观看人会遮挡画面的问题；
82.一种可选的实施例，光学成像增加了光路处理单元，对第二图像信号经过反射后再传递至光学成像模块2，较常规光学系统进一步减小了支架和系统的体积；
83.一种可选的实施例，光学成像模块2和支撑装置通过塔件5连接并呈现一定角度，光学成像模块2包含从光学成像模块2和塔件5的连接边缘相向延伸的延伸部分21，通过对塔件5上支撑装置施力，较常规光学成像系统，光学成像模块2层间拼缝大大减小，进一步改善了模拟视觉效果连续性。
84.除此之外，光学成像系统安装结构，采用钢制结构，以增强持久型。
85.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体案例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。