CN102566752A - 一种模拟无穷远点像的仿真方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟无穷远点像的仿真方法；属光电控制领域。各种飞行模拟器都是面对处在2-18米距离的有限距离的屏幕，需要飞行员头盔眼罩的反射影像与透射影像的同时观看；而地面的固定目标与前方的飞行目标都是相对意义上的无穷远点的像距；飞行员的任何头部运动都将使目标图像与实际目标情况产生偏差；本方法是一种将人眼随头的移动的信息数据作为控制量，来校正有限距离屏幕处所显示的不同距离的景物，达到接近真实的目的；可广泛用于飞行模拟训练及电子游戏系统及程序中。

Description

一种模拟无穷远点像的仿真方法

本发明属光电控制领域：确切地讲是一种将人眼随头的移动的信息数据作为控制量，来校正有限距离屏幕处所显示的不同距离的景物，按人眼与前方屏幕与屏幕所显示的目标的实际距离，来校正屏幕上各个不同景物的位移(在屏幕上显示的位置)。

各种飞行模拟器都是面对处在2-18米距离的有限距离的屏幕，需要飞行员头盔眼罩的反射影像与透射影像的同时观看；而地面的固定目标与前方的飞行目标都是相对意义上的无穷远点的像距；飞行员的任何头部运动都将使目标图像与实际目标情况产生偏差；目前解决问题的方法之一是通过多层光学系统直接将图像成为无穷远点虚像，该虚像可以随着飞行员的头部的平移而移动；但无法适合于不同距离景物的不同位移量，优点是适合于多人同时观看。

本发明的目的就在于克服已有技术的不足之处，实时监测飞行员的头部(头盔)位置及姿态。

本发明的特点在于：基于2个方面；首先是通过安装在头盔或头部上的电磁波或超声波发射及接收装置来与固定安装在周边环境中的接收及发射装置进行无线或有线的沟通；来传送头部及头盔的位置及姿态的信息；其次是将该位置信息实时传输到屏幕图像显示系统中，由计算机运算并实现各距离的图像的位移；其它优点还有诸如体积小，结构简单；还能体现到图像景物按距离大小的多层位移，更逼近自然情况。

本发明的技术关键就在于：该仿真方法所涉及的系统的构成为：(随头部)运动的位置传感器及发射器(1)、(周边)固定的位置传感器及发射器(2)、姿态及位置传输系统(3)、图像处理系统(4)、图像显示系统(5)等组成；其基本工作原理：(头部的位置确定也可以通过单一的外部的测量确定方法：比如利用激光/超声雷达等方法)本发明的技术关键就在于：利用安装在头部或头盔上的及周围环境中的位置传感器及接收器来将飞行员的眼睛随头的移动的信息数据作为控制量，来校正有限距离屏幕处所显示的不同距离的景物，再按人眼与前方屏幕与屏幕所显示的目标的实际距离，来校正屏幕上各个不同景物的位移(在屏幕上显示的位置)；也就是当操作者的头部移动时，安装在头部或头盔上的传感器或发射器将接收或发射信号；即(随头部)运动的位置传感器及发射器(1)发射或接收信号；该信号由(周边)固定的位置传感器及发射器(2)接收；该接收数据由姿态及位置传输系统(3)进行传输；输送到图像处理系统(4)，对不同距离的图像层修正，最终再由图像显示系统(5)显示输出；处理后的显示输出图像的不同距离层面的物体将产生与头盔运动同方向的位移，无穷远点的图像将获得与头盔位移量值相同的位移量，非无穷远点的位移量按比例(显示屏幕距操作者的距离与物体的实际距离的比值)小于头盔的位移量值。

该方法本质的特征就在于：将操作者头部的位移或姿态的信息传送给图像处理系统，图像处理系统按该信息处理各层图像的位移，越远处的图像位移量越大，近处的图像位移量越小；操作者头部位移确立即可使用单向捕捉方式也可以使用双边捕捉方法；图像的位移可以是单层面的也可以是多层面的。

上述所述的头部位移确立所使用单向捕捉方式及双边捕捉方法指的是：单向捕捉方式是通过单一安装在头部(含头盔)或单一安装在周边环境中的传感器或发射(接收器)来确立头部的位移及姿态(头部(含头盔)与周边环境2者不需同时安装)；双向捕捉方式是通过同时安装在头部(含头盔)及同时安装在周边环境中的传感器或发射(接收器)来确立头部的位移及姿态(头部(含头盔)与周边环境2者需同时安装)；此种情况下相当于采用雷达方式或激光定位方式。

上述所述的图像的位移可以是单层面的也可以是多层面的指的是：图像中物体的位移可以是整体一致的，也可以是分物体距离的不同而不同。

另外的强调的是实时图像内容位移的，图像处理系统的处理速度问题，人头自主移动的速度一般为小于50毫米/秒，屏幕显示的像素尺度多为：2-4毫米，因而在1秒钟内所需要的图像移动尺度为30个像素尺度内；对于60帧频以上的刷新速度的显示来说，完全能满足要求；提高显示帧频有利于图像跟随头部移动的连续性，但过高的帧频将大大的加重数字电路的处理负担；为提高处理速度，图像数据分区并行处理往往是必要的。

以下结合附图就本发明的基本实施例，对本发明作进一步说明：

图1头部位移捕捉校图像正系统硬件构成原理(单/双向)示意图

图示说明：

(1)运动的位置传感器及发射器

(2)(周边)固定的位置传感器及发射器

(3)(头部)姿态及位置传输系统

(4)图像处理系统

(5)图像显示系统

(6)图像的移动方向

(7)头盔的移动方向

(8)头盔

(9)操作者头部

(10)移动后的头盔及头部

(11)移动前屏幕图像

(12)移动后的图像位置

(13)信号流程传输箭头

如图1所示：

当头部运动时，运动的位置传感器及发射器(1)与(周边)固定的位置传感器及发射器(2)之间交换信息，信息媒介可以是通过电磁波、声波等；通过他们之间的发射和接收，其时间及位相之间的差异包含有头部的位置及速度等信息，通过(头部)姿态及位置传输系统(3)将所检测的信息数据传输给图像处理系统(4)，在该系统中根据头部位置及速度的数据将对原有的图像内容进行处理；按图像中各层物体的实际距离进行位移处理，位移处理时逐帧进行的。

图像显示系统(5)显示最终的处理后的图像；(6)为图像的移动方向；(7)为头盔的移动方向：(8)是头盔；(9)是操作者头部：(10)是移动后的头盔及头部；(11)是移动前屏幕图像；(12)是移动后的图像位置，(13)代表信号流程传输箭头。

如果使用单向定位方式；只要在头盔或环境周围单方面装有发射及接收器(可以是传感器)，采用(声波及电磁波)雷达定位方式，激光定位也是可行方式。

Claims (3)

1.一种模拟无穷远点像的仿真方法；其系统的构成为：(随头部)运动的位置传感器及发射器(1)、(周边)固定的位置传感器及发射器(2)、姿态及位置传输系统(3)、图像处理系统(4)、图像显示系统(5)等组成；其基本工作原理：(头部的位置确定也可以通过单一的外部的测量确定方法：比如利用激光/超声雷达等方法)本发明的技术关键就在于：利用安装在头部或头盔上的及周围环境中的位置传感器及接收器来将飞行员的眼睛随头的移动的信息数据作为控制量，来校正有限距离屏幕处所显示的不同距离的景物，再按人眼与前方屏幕与屏幕所显示的目标的实际距离，来校正屏幕上各个不同景物的位移(在屏幕上显示的位置)；也就是当操作者的头部移动时，安装在头部或头盔上的传感器或发射器将接收或发射信号；即(随头部)运动的位置传感器及发射器(1)发射或接收信号；该信号由(周边)固定的位置传感器及发射器(2)接收；该接收数据由姿态及位置传输系统(3)进行传输；输送到图像处理系统(4)，对不同距离的图像层修正，最终再由图像显示系统(5)显示输出；处理后的显示输出图像的不同距离层面的物体将产生与头盔运动同方向的位移，无穷远点的图像将获得与头盔位移量值相同的位移量，非无穷远点的位移量按比例(显示屏幕距操作者的距离与物体的实际距离的比值)小于头盔的位移量值。其特征就在于：将操作者头部的位移或姿态的信息传送给图像处理系统，图像处理系统按该信息处理各层图像的位移，越远处的图像位移量越大，近处的图像位移量越小；操作者头部位移确立即可使用单向捕捉方式也可以使用双边捕捉方法；图像的位移可以是单层面的也可以是多层面的。

2.如权利要求1一种模拟无穷远点像的仿真方法中所述的头部位移确立所使用单向捕捉方式及双边捕捉方法指的是：单向捕捉方式是通过单一安装在头部(含头盔)或单一安装在周边环境中的传感器或发射(接收器)来确立头部的位移及姿态(头部(含头盔)与周边环境2者不需同时安装)；双向捕捉方式是通过同时安装在头部(含头盔)及同时安装在周边环境中的传感器或发射(接收器)来确立头部的位移及姿态(头部(含头盔)与周边环境2者需同时安装)；该发射及接收器也可以使用激光器。

3.如权利要求1一种模拟无穷远点像的仿真方法中所述的图像的位移可以是单层面的也可以是多层面的指的是：图像中物体的位移可以是整体一致的，也可以是分物体距离的不同而不同。

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