一种可见光与红外图像实时生成系统及方法
【专利摘要】本发明公布了一种可见光与红外图像实时生成系统及方法，属于图像处理【技术领域】，该系统包括：主控计算机系统，其用于采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；图像实时生成系统，其与所述主控计算机连接，用于依据所述主控计算机输入的模拟场景数据对可见光图像与红外图像实时融合生成图像，并输出视频信号；模拟座舱显示系统，其与所述图像实时生成系统连接，用于依据所述图像实时生成系统输出的视频信号，显示实时变化的动态仿真场景。本发明直接对输入的可见光三维场景模型进行红外图像仿真，实现可见光与红外图像实时生成，解决了其它图像生成系统需进行大量三维场景建模工作，节约项目成本。
【专利说明】一种可见光与红外图像实时生成系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理【技术领域】，尤其涉及一种可见光图像与红外图像实时生成系统及方法。
【背景技术】
[0002]可见光和红外图像实时生成技术是近年来系统仿真领域研究的热点问题。通过图像实时生成技术的应用，可以克服时间、环境、地域的限制，在任何时间、任何地域，都可以切实感受真实的环境。
[0003]其中，可见光图像实时生成系统已日趋完善，目前已广泛运用于军事模拟训练、驾驶模拟训练等仿真环境中。但是，红外图像实时生成技术因图像生成算法复杂、数据计算量大，一直以来都是图像实时生成系统的难点问题。国内对于红外图像实时生成技术基本上还停留在对个别典型目标、个别过程的模拟上面，没有形成一个完整的红外图像实时生成系统。目前国内可同时支持可见光与红外图像实时生成系统未见报道。
[0004]此外，景物的红外辐射不仅与景物自身的材料、结构、热特性等参数有关，而且还与大气、周围环境及过去的热状态等因素有着密切的联系。目前，国内红外图像数据计算方法多采用特殊材质计算方法，即对典型目标建模时赋予其特殊材质或者纹理特征，使形成固定红外图像效果。因此，采用此种方式的红外效果仅能反映景物在特定条件下的、固定不变的红外图像等价效果。随着虚拟仿真技术的不断进步，此红外图像数据计算方法远远不能满足使用需要。
【发明内容】
[0005]本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可见光与红外图像实时生成系统及方法。在分析红外成像仿真原理的基础上，融合计算机图形学、虚拟现实技术和红外物理学，提出了一种基于专业图形计算机的可见光图像实时生成系统和红外图像实时生成系统，最终实现一套可见光与红外图像实时生成系统本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:
[0006]一种可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述系统包括:
[0007]主控计算机系统，其用于采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；
[0008]图像实时生成系统，其与所述主控计算机连接，用于依据所述主控计算机输入的模拟场景数据对可见光图像与红外图像实时融合生成图像，并输出视频信号；
[0009]模拟座舱显示系统，其与所述图像实时生成系统连接，用于依据所述图像实时生成系统输出的视频信号，显示实时变化的动态仿真场景。
[0010]其进一步特征在于，所述图像实时生成系统包括:
[0011]视景模拟系统，其与所述主控计算机系统连接，用于传输所述主控计算机系统发出的模拟场景数据；
[0012]图像处理系统，包括可见光模块与红外模块，两模块分别与所述视景模拟系统连接，并通过共享场景地形数据库，各自绘制生成可见光图像、红外图像；
[0013]视频实时切换模块，通过视频转换矩阵与可见光模块、红外模块连接，用于可见光图像与红外图像的实时切换；
[0014]视景融合系统，其与所述视频实时切换模块输出端连接，用于将可见光图像和红外图像的视频融合处理并输出视频信号至所述模拟座舱显示系统。
[0015]其优选特征在于，所述生成可见光图像处理器为EPX硬件系统。
[0016]其优选特征在于，所述生成红外图像处理器为商用PC货架结构。
[0017]其进一步特征在于，该系统采用多通道显示方式，其各个通道输出为2048X1536的分辨率，且该系统设置的刷新率为60Hz。
[0018]其进一步特征在于，所述红外模块还设置一个用于批处理文件的加载插件，所述加载插件自动设置视场角参数，并将多通道显示窗口直接设置到指定显示器屏幕上。
[0019]一种可见光与红外图像实时生成的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0020]首先，通过主控计算机系统采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；其次，将模拟场景数据传输给图像实时生成系统，并将可见光图像和红外图像实时融合生成图像输出视频信号；最后将视频信号传输给模拟座舱显示系统。
[0021]其进一步特征在于，所述可见光图像和红外图像融合处理的步骤具体为:
[0022]所述可见光图像采用EPX系统为现场绘图绘制引擎；所述红外图像采用SigSimRT软件为现场绘图绘制引擎；两种图形绘制引擎分别同时进行融合处理，并共享场景地形数据库；最后将融合生成图像输出视频信号。
[0023]其进一步特征在于，所述见光图像和红外图像能够通过视频实时切换模块进行各自图像的切换。
[0024]本发明有益效果:
[0025]1、本发明直接对输入的可见光三维场景模型进行红外图像仿真，实现可见光与红外图像实时生成，解决了其它图像生成系统需进行大量三维场景建模工作，节约项目成本。
[0026]2、本发明系统采用软硬件结合控制方式，根据场景内容控制计算机可随时切换可见光与红外图像；
[0027]3、本发明系统采用硬件技术精确控制多通道的同步，解决其它图形实时生成系统多通道显示延迟问题；
[0028]4、本发明红外图像采用现场绘图绘制引擎，并且实现对运行过程中天气条件、环境时间、光源光强等干扰提供实时的数据更新，从而实现与真实环境接近的红外图像。
[0029]5、本发明系统每通道最大输出为分辨率可达2048X 1536，提供模拟/数字(DVI)输出接口 ；可设定刷新率，典型刷新率为60Hz，性能指标远远高出其它同类产品，弥补其它同类产品输出分辨率低、系统刷新率低等影响显示效果的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明的系统结构示意图；
[0031]其中:1、主控计算机系统；2、视景模拟系统；3、可见光模块；4、红外模块；5、视频转换矩阵；6、视频实时切换模块；7、视景融合系统；8、模拟座舱显示系统。【具体实施方式】
[0032]如图1所示，一种可见光与红外图像实时生成系统，所述系统包括:主控计算机系统1，其用于采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；图像实时生成系统，其与所述主控计算机I连接，用于依据所述主控计算机I输入的模拟场景数据对可见光图像与红外图像实时融合生成图像，并输出视频信号；模拟座舱显示系统8，其与所述图像实时生成系统连接，用于依据所述图像实时生成系统输出的视频信号，显示实时变化的动态仿真场景。
[0033]其中，所述图像实时生成系统包括:视景模拟系统2，其与所述主控计算机系统I连接，用于传输所述主控计算机系统I发出的模拟场景数据；图像处理系统，包括可见光模块3与红外模块4，两模块分别与所述视景模拟系统2连接，并通过共享场景地形数据库，各自绘制生成可见光图像、红外图像；视频实时切换模块6，通过视频转换矩阵5与可见光模块3、红外模块4连接，用于可见光图像与红外图像的实时切换，经过反复的测试，可见光模块3和红外模块4切换时间大概在I秒钟左右，完全实现了实时切换；视景融合系统7，其与所述视频实时切换模块6输出端连接，用于将可见光图像和红外图像的视频融合处理并输出视频信号至所述模拟座舱显示系统8。
[0034]可见光模块4的图像实时生成主要基于EPX系列图形生成计算机构建，红外模块3的图像实时生成主要采用商业PC货架式结构，其软件采用SigSimRT现场绘图绘制引擎，对运行过程中天气条件、环境时间、光源光强等干扰提供实时的数据更新，从而实现与真实环境接近的红外图像。
[0035]本发明系统的每通道最大输出为分辨率可达2048X 1536，提供模拟/数字(DVI)输出接口 ；可设定刷新率，典型刷新率为60Hz。
[0036]本发明所述系统中的红外模块还设置一个用于批处理文件的加载插件，所述加载插件自动设置视场角参数，并将多通道显示窗口直接设置到指定显示器屏幕上，如此解决了每次启动系统都需要单独设置每个通道的视场角的麻烦。
[0037]本发明还提供了一种可见光与红外图像实时生成的方法，所述方法包括:首先，通过主控计算机系统I采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；其次，将模拟场景数据传输给图像实时生成系统，并将可见光图像和红外图像实时融合生成图像输出视频信号；最后将视频信号传输给模拟座舱显示系统8。
[0038]本发明的可见光与红外图像生成系统及方法可广泛应用于航空、航天及军事用途模拟器中。例如，将图像生成技术运用于军事模拟训练，可以克服时间、环境、地域的限制。在任何时间，任何地域，都可以切实感受真实的战场环境。针对特定任务的军事训练，往往需要在特定的环境下面进行，而这种特定的战地环境往往有可能很难获得。比如说特定的战地训练，一国的士兵无法在未经允许的情况下进入另一国家的军事领地进行熟悉环境的训练，而有的军事飞行训练必须在特定的天气状况和地形背景下面进行。这些都给军事训练带来了很大的局限性。但是通过虚拟仿真技术，通过计算机场景仿真的方法真实感地展示训练环境，可以让士兵随时接受各种环境条件下的训练。
[0039]下面以飞行模拟操作为实施例，具体实现如下:
[0040]首先，当主控计算机系统I采集到操纵杆传回的模拟座舱的模拟信号后，以每秒钟100次的频率采集数据，生成飞机的位置坐标、飞行状态等数据，然后发送给视景模拟系统2 ;其次，视景模拟系统2的控制程序将数据转发给可见光模块3和红外模块4，可见光模块3根据接收到的数据场景和飞机视点做出相应的反应，并将飞机的飞行高度返回给视景模拟系统2的控制程序，视景模拟系统2接收到飞行高度数据后，将飞行高度数据分别发送给主控计算机I和红外模块4，主控计算机I根据返回的高度值来计算飞机的飞行状态和显示仪表状态。由于红外模块4本身并不能采集飞机本身的高度数据，但是根据红外模块4和可见光模块3地景数据库的一致性，采用可见光模块3所采集到的数据来确定飞机的飞行状态是可行的。为了达到实时的效果，要求通讯双方的通讯速率最少在每秒60次，从而保证可见光模块和红外模块飞行的一致性。
[0041]可见光与红外图像实时生成技术及虚拟仿真技术的结合将是21世纪武器系统研制和军队建设的一个重要手段。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述系统包括: 主控计算机系统，其用于采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据； 图像实时生成系统，其与所述主控计算机连接，用于依据所述主控计算机输入的模拟场景数据对可见光图像与红外图像实时融合生成图像，并输出视频信号； 模拟座舱显示系统，其与所述图像实时生成系统连接，用于依据所述图像实时生成系统输出的视频信号，显示实时变化的动态仿真场景。
2.根据权利要求1所述的可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述图像实时生成系统包括: 视景模拟系统，其与所述主控计算机系统连接，用于传输所述主控计算机系统发出的模拟场景数据； 图像处理系统，包括可见光模块与红外模块，两模块分别与所述视景模拟系统连接，并通过共享场景地形数据库，各自绘制生成可见光图像、红外图像； 视频实时切换模块，通过视频转换矩阵与可见光模块、红外模块连接，用于可见光图像与红外图像的实时切换； 视景融合系统，其与所述视频实时切换模块输出端连接，用于将可见光图像和红外图像的视景融合处理并输出视频信号至所述模拟座舱显示系统。
3.根据权利要求2所述的可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述生成可见光图像处理器为EPX硬件系统。
4.根据权利要求2所述的可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述生成红外图像处理器为商用PC货架结构。
5.根据权利要求1所述的可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，该系统采用多通道显示方式，其各个通道输出为2048X1536的分辨率，且该系统设置的刷新率为60Hz。
6.根据权利要求2或5所述的可见光与红外图像实时生成系统，其特征在于，所述红外模块还设置一个用于批处理文件的加载插件，所述加载插件自动设置视场角参数，并将多通道显示窗口直接设置到指定显示器屏幕上。
7.—种可见光与红外图像实时生成方法，其特征在于，所述方法包括:首先，通过主控计算机系统采集模拟座舱的操控信号，生成模拟场景数据；其次，将模拟场景数据传输给图像实时生成系统，并将可见光图像和红外图像实时融合生成图像输出视频信号；最后将视频信号传输给模拟座舱显示系统。
8.根据权利要求7所述的可见光与红外图像实时生成方法，其特征在于，所述可见光图像和红外图像融合处理的步骤具体为: 所述可见光图像采用EPX系统为现场绘图绘制引擎；所述红外图像采用SigSimRT软件为现场绘图绘制引擎；两种图形绘制引擎分别同时进行融合处理，并共享场景地形数据库；最后将融合生成图像输出视频信号。
9.根据权利要求7所述的可见光与红外图像实时生成方法，其特征在于，所述见光图像和红外图像能够通过视频实时切换模块进行各自图像的切换。
【文档编号】G06T17/00GK103593494SQ201310304307
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】祝广波, 王亚宏, 喻细辉, 王子建, 赵丽文, 马丽娜, 罗金才, 杜方强, 李铁城 申请人:北京赛四达科技股份有限公司