CN102610139B - 空中目标绘制大小修正的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空中目标绘制大小修正的方法和系统，属于飞行模拟技术领域。所述方法包括：预先根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数；获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数；根据所述放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上。所述系统为群计算高清视景系统，包括：控制节点和从节点。本发明提高了飞行员在模拟训练中感知空中目标的距离的准确性，极大地降低了成本，具有较强的实用性。

Description

空中目标绘制大小修正的方法和系统

技术领域

本发明涉及飞行模拟技术领域，特别涉及一种空中目标绘制大小修正的方法和系统。

背景技术

多机空战模拟训练系统中，目标机模糊不清和消失过快一直是影响模拟训练质量的问题。飞行员在模拟屏幕上看到的目标机的大小和对距离的判断，与飞行员的空间感知心理，空气透视，目标机的真实感成像，显示分辨率、亮度、对比度等多种因素有关，目标机在空间的投影不是简单的线性透视变换关系。

由于多机空战模拟训练系统中的视景仿真软件采用简单的光照模型，并且显示处理是数字信号处理机制，因此，当目标机较远时，经线性透视变换后在屏幕上的图像如果超出屏幕显示分辨率的显示能力时，目标机图像会产生变暗、混叠和图像丢失等现象，从而影响飞行员判断目标距离的准确性。

为了使飞行员能准确地判断目标距离，目前在双机空战视景系统中，采用专用的亮度较高的目标机投影装置，用光学变倍的方法在姿态变化的解算和显示时放大目标机的图像，以保证较远距离的目标机其图像经过放大后能够显示在屏幕上，确保了目标机的可见性。

但是，上述现有技术成本大，设计安装困难，对于多机空战系统，需要多个投影器，实际应用是不可行的。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种空中目标绘制大小修正的方法和系统。所述技术方案如下：

一方面，一种空中目标绘制大小修正的方法，包括：

选取一个指定翼展大小的第一空中目标；

获取所述第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离；

记录飞行员在所述第一空中目标在不同时刻感知的距离；

根据得到的所述第一空中目标在所述不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型；

根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数；

获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数；

根据所述放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上。

另一方面，一种空中目标绘制大小修正的系统，包括：

控制节点，用于预先根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数，并发送所述放大倍数；

从节点，用于根据所述控制节点发来的放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上；

所述控制节点包括：

模型建立模块，用于选取一个指定翼展大小的第一空中目标，获取所述第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离，记录飞行员在所述第一空中目标在不同时刻感知的距离，根据得到的所述第一空中目标在所述不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，在获取空中目标距本地的距离后，按照修正模型确定对应的放大倍数；根据该放大倍数修正空中目标的绘制大小然后显示在像素点为该总像素点数的LCD的屏幕上，提高了飞行员在模拟训练中感知空中目标的距离的准确性，与使用投影器的现有技术相比，极大地降低了成本，具有较强的实用性，而且使用LCD取代投影器，极大地提高了显示分辨率，提高了系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的空中目标绘制大小修正的方法流程图；

图2是本发明实施例2提供的空中目标绘制大小修正的方法流程图；

图3是本发明实施例2提供的空中目标绘制大小的修正模型的拟合曲线图；

图4是本发明实施例2提供的采用多个LCD进行拼接得到的球形屏幕的效果图；

图5是本发明实施例3提供的空中目标绘制大小修正的系统一种结构图；

图6是本发明实施例3提供的空中目标绘制大小修正的系统另一种结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明一实施例提供了一种空中目标绘制大小修正的方法，包括：

101：预先根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数；

102：获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数；

103：根据所述放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上。

本发明实施例中，LCD可以为一个或者多个，优选地，LCD的个数为多个，该个数N可以根据需要设置，为了构建大视场的视景系统，优选地，可以设置N≥40，如可以取N＝40，45或50等等，本发明对此不限定。

本发明实施例中选用多个LCD时，可以选用超窄边的LCD，当使用超窄边的LCD进行拼接时，两边的拼接距离仅为7.3mm，完全能够满足大视场的视景系统的需求，能够达到良好的视觉效果。另外，本发明对LCD的尺寸也不做限定，如可以选用46英寸的超窄边LCD等。

本实施例提供的上述方法，通过根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，在获取空中目标距本地的距离后，按照修正模型确定对应的放大倍数；根据该放大倍数修正空中目标的绘制大小然后显示在像素点为该总像素点数的LCD的屏幕上，提高了飞行员在模拟训练中感知空中目标的距离的准确性，与使用投影器的现有技术相比，极大地降低了成本，具有较强的实用性，而且使用LCD取代投影器，极大地提高了显示分辨率，提高了系统性能。

实施例2

参见图2，本发明另一实施例提供了一种空中目标绘制大小修正的方法，包括：

201：预先选取一个指定翼展大小的第一空中目标，获取第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离。

202：记录飞行员对第一空中目标在不同时刻感知的距离。

203：根据得到的第一空中目标在不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型。

其中，所述屏幕是指本发明中的LCD屏幕，优选地，为N个LCD拼接组成的球形屏幕，所述飞行员感知的距离是指飞行员根据经验估计的空中目标距本地的距离，是由人眼分辨率决定的距离。

本实施例中，由于基于人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，因此，可以更加真实地模拟空中目标的距离。

例如，参见表1，为本实施例提供的一组建立空中目标绘制大小的修正模型的实验数据。

其中，所述实验数据为选取的翼展为14.7米的目标机在11个不同时刻的实验数据。显示大小是指目标机在屏幕上显示出的大小，是按照指定的缩放比例显示在屏幕上的。实际距离是指本地获取的目标机距本地的距离，该距离是实际的精确的距离。感知距离是指飞行员根据屏幕上显示的目标机的大小，根据经验依靠人眼分辨进行估计得到的目标机距本地的距离。

表1

序号	显示大小(cm)	实际距离(m)	感知距离(m)
				1	58.0	44.3	50±5
2	42.7	66.4	70±5
				3	27.5	88.6	100±5
4	20.5	133.0	150±10
				5	13.5	177.3	200±10
6	10.0	265.9	400±50
				7	6.5	354.47	800±100
8	4.9	531.5	2000±300
				9	3.29	709.0	3500±500
10	3.2	800	4000±1000
				11	1.6	1600	9000±1000

从表1可以看出，实际距离与目标机在屏幕上的显示大小成线性关系，而飞行员感知的距离与目标机在屏幕上的显示大小成非线性关系。因此，本实施例中，通过分段曲线拟合得到的空中目标绘制大小的修正模型是非线性变换模型。

本实施例中，进一步地，为了提高精确性，可以请多个飞行员进行分析。例如，请近100名有经验的飞行员进行多次试飞，进行实验研究，从而提高了空中目标绘制大小的修正模型的精确性。

本实施例中，预先建立的空中目标绘制大小的修正模型具体如下：

$y=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{1,0}<x<0.2\\ 2.1085x^5-1.9010x^4-2.5602x^3+0.8000x^2+3.5093x+\mathrm{0.2832,0.2}\&le;x\&le;1.0\\ -0.0011x^3+0.0271x^2+0.0594x+\mathrm{2.1564,1.0}<x\&le;8.0\\ 3.66,x>8.0\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，y为放大倍数，x为空中目标距本地的距离，单位为km。

参见图3，为上述空中目标绘制大小的修正模型的拟合曲线。其中，水平方向为实际距离，单位为Km，垂直方向为放大倍数。

204：根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定所述屏幕的总像素点数。

本发明实施例中，屏幕显示分辨率可以用如下公式来表示：

$R_p=\sqrt{\frac{H\&times;V\&times;3600}{P}}---\left(2\right)$

其中，Rp表示显示分辨率，计算单位是弧分/像素；H表示水平视场角，单位是度；V表示垂直视场角，单位是度；P表示总像素点数，由LCD的分辨率决定。所述H和V由飞行员眼睛的视场决定，本发明中可以基于飞行模拟器的要求进行设定，如设置水平视场H为220°，垂直视场V为139°，因此本发明实施例能够满足空中模拟飞行大视场的需求，从而能够使飞行员更准确地判断空中目标。所述期望的显示分辨率可以基于人眼的分辨率进行设定，如设置为每个象素1.6弧分，从而可以确定LCD的总像素点数，进而选取相应的LCD。

按照本发明的方式选取LCD后，显示分辨率能够达到每个象素1.6弧分，与投影器能够达到每个像素3.0至4.5弧分相比，极大地提高了显示分辨率，提高了系统的性能。

205：获取空中目标距本地的距离x。

206：按照预先建立的空中目标绘制大小的修正模型，确定该距离x对应的放大倍数y。

例如，获取的距离x＝0.1km，则根据公式(1)可以确定y＝1，即为1:1进行放大显示；如果获取的距离x＝9km，则根据公式(1)可以确定y＝3.66，即为3.66:1进行放大显示。

207：根据该放大倍数修正空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的LCD屏幕上。

本实施例中，优选地，所述LCD为多个，且拼接组成球形屏幕，则本步骤具体地可以将修正后的空中目标显示在所述多个LCD拼接组成的球形屏幕上，其中，所述多个LCD中的每个LCD的像素点之和为所述总像素点数。

参见图4，为本发明采用多个LCD进行拼接得到的球形屏幕的效果图。具体地，根据圆可以用多段弦逼近的原理，用多个平面结构的LCD拼接成圆柱面幕，构建出球形视域的前视场，再用多个LCD构建出平面结构的顶部视场，从而得到整个视景系统。

进一步地，在上述方法的基础上，还可以包括以下步骤：

采用同步算法控制所述多个LCD同步显示修正后的空中目标，从而达到多个LCD同步进行显示的效果。

本实施例提供的上述方法，通过根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，在获取空中目标距本地的距离后，按照修正模型确定对应的放大倍数；根据该放大倍数修正空中目标的绘制大小然后显示在像素点为该总像素点数的LCD的屏幕上，提高了飞行员在模拟训练中感知空中目标的距离的准确性，与使用投影器的现有技术相比，极大地降低了成本；而且使用LCD取代投影器，极大地提高了显示分辨率，LCD的使用寿命长达数万小时，在使用期内，亮度、色彩变化很小，与投影器相比优势非常明显，具有较强的实用性。

实施例3

参见图5，本发明又一实施例提供了一种空中目标绘制大小修正的系统，包括：

控制节点501，用于预先根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数，并发送所述放大倍数；

从节点502，用于根据所述控制节点发来的放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上。

本发明实施例中的控制节点、从节点可以为计算机。其中，从节点与LCD之间通过RS232串口相连接。

本发明实施例中，控制节点可以对LCD的亮度、对比度、色彩、色温的变化曲线进行设置，进一步地还可以建立昼航、夜航、黄昏、凌晨和大雾等多种显示模式，以方便飞行员查看，增强了视觉效果。

本实施例中，控制节点501包括：

模型建立模块，用于选取一个指定翼展大小的第一空中目标，获取所述第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离，记录所述第一空中目标在不同时刻时飞行员感知的距离，根据得到的所述第一空中目标在所述不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型。

具体地，所述模型建立模块建立的空中目标绘制大小的修正模型具体为：

$y=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{1,0}<x<0.2\\ 2.1085x^5-1.9010x^4-2.5602x^3+0.8000x^2+3.5093x+\mathrm{0.2832,0.2}\&le;x\&le;1.0\\ -0.0011x^3+0.0271x^2+0.0594x+\mathrm{2.1564,1.0}<x\&le;8.0\\ 3.66,x>8.0\end{array}\right.$

其中，y为所述放大倍数，x为所述空中目标距本地的距离，单位为km。

本实施例中，从节点502可以为N个，且每个从节点连接有一个LCD；所述N个从节点具体用于根据控制节点发来的放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在N个LCD拼接组成的球形屏幕上；其中，所述N个LCD中的每个LCD的像素点之和均为所述总像素点数。

进一步地，上述系统还包括：

主节点，用于采用同步算法控制所述N个从节点同步绘制修正后的所述空中目标在所述N个LCD拼接组成的球形屏幕上。

另外，所述控制节点501还用于：当所述N个从节点中有从节点发生故障时，在所述系统中删除所述发生故障的从节点，当所述发生故障的从节点恢复后，在所述系统中添加所述恢复的从节点。这种多个节点并行处理的方式极大地提高了系统的冗余性，提高了系统的性能。

本发明实施例中，控制节点可以预先将N个从节点划分为M个组，且每个组连接有一个主节点，即共有M个主节点；相应地，控制节点将所述放大倍数分别发送给M个主节点，该M个主节点分别将该放大倍数发给组内的各个从节点；其中，N和均M为自然数，且M<N。本实施例中将N个从节点划分为多个组，且各组之间并行处理，相互独立，极大地提高了系统的冗余性。

本实施例中，控制节点、M个主节点和N个从节点构成的系统为三层结构的系统，共有M+N+1个节点。其中，第一层为控制节点，主要负责对M个主节点和N个从节点进行控制；第二层为M个主节点，主要负责对各个组的从节点进行同步控制，以及组与组之间的同步控制等；第三层为N个从节点，主要负责空中目标的绘制。所述三层结构的系统完成空中目标的模拟显示。

例如，参见图6，控制节点将40个从节点划分为5个组：A组、B组、C组、D组和E组，每个组包括8个从节点。A组包括从节点A1至A8，B组包括从节点B1至B8，C组包括从节点C1至C8，D组包括从节点D1至D8，E组包括从节点E1至E8。每个组内的每个从节点均连接一个LCD，该LCD在图中并未示出。每个组连接有一个主节点，分别为A0、B0、C0、D0和E0，5个主节点均与控制节点相连接。总共46个节点组成了三层的系统进行空中目标的模拟显示。

本实施例提供的上述系统可以执行上述任一方法实施例中的方法，具体过程详见方法实施例中的描述，此处不赘述。

本实施例提供的上述系统，通过根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，在获取空中目标距本地的距离后，按照修正模型确定对应的放大倍数；根据该放大倍数修正空中目标的绘制大小然后显示在像素点为该总像素点数的LCD的屏幕上，提高了飞行员在模拟训练中感知空中目标的距离的准确性，与使用投影器的现有技术相比，极大地降低了成本；而且使用LCD取代投影器，极大地提高了显示分辨率，LCD的使用寿命长达数万小时，在使用期内，亮度、色彩变化很小，与投影器相比优势非常明显，具有较强的实用性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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。

Claims (9)

1.一种空中目标绘制大小修正的方法，其特征在于，所述方法包括：

选取一个指定翼展大小的第一空中目标；

获取所述第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离；

记录飞行员在所述第一空中目标在不同时刻感知的距离；

根据得到的所述第一空中目标在所述不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型；

根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数；

获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数；

根据所述放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空中目标绘制大小的修正模型具体为：

$y=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{1,0}<x<0.2\\ 2.1085x^5-1.9010x^4-2.5602x^3+0.8000x^2+3.5093x+\mathrm{0.2832,0.2}\&le;x\&le;1.0\\ -0.0011x^3+0.0271x^2+0.0594x+\mathrm{2.1564,1.0}<x\&le;8.0\\ 3.66,x>8.0\end{array}\right.$

其中，y为所述放大倍数，x为所述空中目标距本地的距离，单位为km。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上，包括：

将修正后的空中目标显示在多个LCD拼接组成的球形屏幕上；

其中，所述多个LCD中的每个LCD的像素点之和为所述总像素点数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用同步算法控制所述多个LCD同步显示所述修正后的空中目标。

5.一种空中目标绘制大小修正的系统，其特征在于，所述系统包括：

控制节点，用于预先根据人眼分辨率建立空中目标绘制大小的修正模型，并根据期望的显示分辨率、水平视场和垂直视场确定屏幕的总像素点数，获取空中目标距本地的距离，按照所述修正模型确定所述距离对应的放大倍数，并发送所述放大倍数；

从节点，用于根据所述控制节点发来的放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在像素点为所述总像素点数的液晶显示器LCD的屏幕上；

所述控制节点包括：

模型建立模块，用于选取一个指定翼展大小的第一空中目标，获取所述第一空中目标在不同时刻在屏幕上的显示大小以及距本地的距离，记录飞行员在所述第一空中目标在不同时刻感知的距离，根据得到的所述第一空中目标在所述不同时刻的显示大小、距本地的距离、以及飞行员感知的距离，进行分段曲线拟合，得到空中目标绘制大小的修正模型。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模型建立模块建立的空中目标绘制大小的修正模型具体为：

$y=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{1,0}<x<0.2\\ 2.1085x^5-1.9010x^4-2.5602x^3+0.8000x^2+3.5093x+\mathrm{0.2832,0.2}\&le;x\&le;1.0\\ -0.0011x^3+0.0271x^2+0.0594x+\mathrm{2.1564,1.0}<x\&le;8.0\\ 3.66,x>8.0\end{array}\right.$

其中，y为所述放大倍数，x为所述空中目标距本地的距离，单位为km。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述从节点为N个，且每个从节点连接有一个LCD；

所述多个从节点具体用于根据所述控制节点发来的放大倍数修正所述空中目标的绘制大小，将修正后的空中目标显示在N个LCD拼接组成的球形屏幕上；

其中，所述N个LCD中的每个LCD的像素点之和为所述总像素点数。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

主节点，用于采用同步算法控制所述N个从节点同步绘制修正后的所述空中目标在所述N个LCD拼接组成的球形屏幕上。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制节点还用于：当所述N个从节点中有从节点发生故障时，在所述系统中删除所述发生故障的从节点，当所述发生故障的从节点恢复后，在所述系统中添加所述恢复的从节点。