CN105204015A - 一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法，通过设置输入输出模块、处理控制模块及人机交互模块，建立起用于激光主动成像系统的控制显示系统。该控制显示系统能够控制外部激光主动成像系统的工作模式及状态，激光主动成像系统能够将当前状态信息反馈至控制显示系统；同时，该控制显示系统还能够实时显示激光主动成像系统的三维成像信息及强度信息。本发明通过合理优化布局，能够有效地分布状态信息、控制指令及图像信息，便于用户的观测使用；同时，本发明对于目标三维距离信息的显示能够有效地反映目标表面形状、目标灰度信息的绝对值，利于用户的显示观测。

Description

一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法

技术领域

本发明涉及光学成像技术中用于控制显示光学成像系统图像的系统及方法，具体涉及一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法。

背景技术

目前光学成像技术主要有可见光成像、红外成像和激光主动成像技术。其中可见光成像依靠的是光照条件下的目标反射率信息，红外成像探测的是目标的热辐射信息，这两种被动探测方式受客观条件影响较大，在不同的气候季节条件下探测得到的强度信息差异较大，不具有唯一性，这样降低了图像处理算法识别的成功率和稳定性。而激光主动成像技术能采集到目标的三维形状信息，具有极高的角分辨率和距离分辨率，且是一种主动成像技术，成像性能更稳定，目标识别效果更好，在反导反临近、精确对地打击等制导领域具有广阔的应用前景。

为激光主动成像系统配套的上位机也是系统重要的组成部分，其功能主要包括两个方面，一方面用于控制成像系统的状态，比如镜头预定的角度和成像系统的工作模式，另一方面用于显示成像系统的实时成像和当前状态，包括镜头实际预定角度，是否发现目标，目标方位等信息。相对于红外系统而言，激光主动成像系统的上位机须要显示的内容更多，而且三维图像的显示有其自身的特点，既要反映出目标的距离信息，也要反映出目标的形状信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法，通过设置输入输出模块、处理控制模块及人机交互模块，建立起用于激光主动成像系统的控制显示系统。该控制显示系统能够控制外部激光主动成像系统的工作模式及状态，并且激光主动成像系统能够将当前状态信息反馈至控制显示系统；同时，该控制显示系统还能够实时显示外部激光主动成像系统的三维成像信息及强度信息。本发明通过合理优化布局，能够有效地分布状态信息、控制指令及图像信息，便于用户的观测使用；同时，本发明对于目标三维距离信息的显示能够有效地反映目标表面形状、目标灰度信息的绝对值，利于用户的显示观测。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特点是，该控制显示系统包含：

输入输出模块，与外部激光主动成像系统连接；

处理控制模块，与所述输入输出模块连接；

人机交互模块，与所述处理控制模块连接。

优选地，所述人机交互模块用于显示第一处理页面、第二处理页面。

优选地，

用户采用所述第一处理页面通过所述人机交互模块控制外部激光主动成像系统的工作状态及获取外部激光主动成像系统的状态信息；

用户采用所述第二处理页面通过该人机交互模块显示外部激光主动成像系统成像的三维形状图像及对该三维形状图像进行强度显示。

优选地，

所述处理控制模块获取所述人机交互模块的第一处理页面中的用户指令，并通过所述输入输出模块控制外部激光主动成像系统进行工作；

所述输入输出模块同时能够获取外部激光主动成像系统发送的成像信息、状态信息；将该成像信息通过该处理控制模块显示至所述人机交互模块的所述第二处理页面上，将该状态信息通过该处理控制模块显示至所述人机交互模块的所述第一处理页面上。

优选地，当用户通过所述第一处理页面发送信息或外部激光主动成像系统传送信息至该第一处理页面时，所述处理控制模块控制所述输入输出模块采用低速串口与外部激光主动成像系统进行信息交互；当外部激光主动成像系统传送信息至所述第二处理页面时，所述处理控制模块控制所述输入输出模块采用高速串口接收外部激光主动成像系统发送的成像信息。

一种用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特点是，该控制显示方法包含：

S1，用户通过人机交互模块显示的第一处理页面，输入控制外部激光主动成像系统的控制信息，控制外部激光主动成像系统的动作；所述第一处理页面还能够显示外部激光主动成像系统反馈发送的状态信息；

S2，所述输入输出模块获取外部激光主动成像系统发送的成像信息，并输入所述处理控制模块，该成像信息经所述处理控制模块进行处理分析后，显示至所述人机交互模块的第二处理页面。

优选地，所述步骤S1包含：

S1.1，用户通过所述人机交互模块显示的第一处理页面，将外部激光主动成像系统必要的控制信息、控制参数根据实际需求进行输入；所述处理控制模块将上述信息经处理后通过所述输入输出模块发送至外部激光主动成像系统，对外部激光主动成像系统进行状态控制；

S1.2，所述输入输出模块获取外部激光主动成像系统发送的状态信息，并通过所述处理控制模块进行解析处理后发送至所述人机交互模块的第一处理页面进行显示。

优选地，所述步骤S1.1包含：

S1.1.1，所述处理控制模块将用户通过所述第一处理页面输入的控制信息、控制参数进行处理后组成的一个发送数据帧，并将该发送数据帧通过所述输入输出模块发送至外部激光主动成像系统；

S1.1.2，外部激光主动成像系统将该发送数据帧进行解析后，根据控制信息及控制参数进行相应的状态调整。

优选地，所述步骤S1.2包含：

S1.2.1，外部激光主动成像系统将镜头实际指向的偏航/俯仰天线反馈信息、反映目标位置的偏航/俯仰雷达误差信息组成接收数据帧发送至所述输入输出模块；

S1.2.2，所述处理控制模块通过所述输入输出模块获取该接收数据帧，并进行解析处理后，发送至所述人机交互模块的第一处理页面进行显示。

优选地，所述步骤S2包含：

S2.1，所述处理控制模块剔除成像信息中的逸出值、失落信息的干扰；

S2.2，该处理控制模块将该成像信息中的三维距离信息按照目标表面形状信息、弹目距离信息图像两种方式显示至所述人机交互模块的第二处理页面；

S2.3，该处理控制模块将该成像信息中的灰度信息按照相对强度信息图像、绝对强度信息图像两种方式显示至该人机交互模块的第二处理页面。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明的人机交互模块采用第一处理页面、第二处理页面进行分类显示控制显示系统和激光主动成像系统双向交互的数据。控制显示系统与激光主动成像系统的信息通过收发通信协议来定义；激光主动成像系统获得的大容量三维距离图像和强度图像也能够进行传输，解决了不同数据速率、帧频不匹配的问题。同时利用两个页面来显示界限明确，区分更加清晰。用目标表面形状信息和弹目距离信息图像两种方式显示三维距离信息，可以更直观地呈现出目标到光学成像系统的距离和表面形状两个关键信息；用相对强度信息图像和绝对强度信息图像两种方式显示回波强度信息，可以同时表述出反映目标距离和反射率的回波实际强度，以及更有利于观测者观察物体。

附图说明

图1为本发明一种用于激光主动成像系统的控制显示系统的整体结构示意图。

图2为本发明一种用于激光主动成像系统的控制显示方法的整体流程图。

图3为本发明一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法的第一处理页面实施例示意图。

图4为本发明一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法的第二处理页面实施例示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种用于激光主动成像系统的控制显示系统，该控制显示系统包含：输入输出模块1、处理控制模块2及人机交互模块3。其中，输入输出模块1与外部激光主动成像系统200连接；处理控制模块2与输入输出模块1连接；人机交互模块3与处理控制模块2连接。

人机交互模块3用于显示第一处理页面、第二处理页面。用户采用第一处理页面通过人机交互模块3控制外部激光主动成像系统200的工作模式、工作状态，及获取外部激光主动成像系统200的状态信息。用户采用第二处理页面通过该人机交互模块3显示外部激光主动成像系统200成像的三维形状图像及对该三维形状图像进行强度显示。

本发明中，第一处理页面、第二处理页面相互独立、互不干扰。如图3所示，为本实施例的第一处理页面，该第一处理页面包括：控制信息区域及状态信息区域。其中控制信息区域为用户通过第一处理页面向外部激光主动成像系统200发送的控制信息，包含：偏航镜头预定信息、偏航扫描范围信息、偏航视线角速度信息、精确频率预定信息、俯仰镜头预定信息、俯仰扫描范围信息、俯仰视线角速度信息等控制信息；另外的状态信息区域为用户通过第一处理页面获取的外部激光主动成像系统200发送的状态信息，包含：确定目标信息、偏航镜头反馈信息、发现目标信息、俯仰镜头反馈信息等。

如图4所示，为本实施例的第二处理页面，该第二处理页面包括目标表面形状图像信息、弹目距离信息、相对强度信息图像及绝对强度信息图像。

处理控制模块2获取人机交互模块3的第一处理页面中的用户指令，并通过输入输出模块1控制外部激光主动成像系统200进行工作。

输入输出模块1同时能够获取外部激光主动成像系统200发送的成像信息、状态信息；将该成像信息通过该处理控制模块2显示至人机交互模块3的第二处理页面上，将该状态信息通过该处理控制模块2显示至人机交互模块3的第一处理页面上。

当用户通过第一处理页面发送信息或外部激光主动成像系统200传送信息至该第一处理页面时，处理控制模块2控制输入输出模块1采用低速串口与外部激光主动成像系统200进行信息交互；当外部激光主动成像系统传送信息至第二处理页面时，处理控制模块2控制输入输出模块1采用高速串口接收外部激光主动成像系统200发送的成像信息。

本实施例中，低速串口的通讯速率可约为115.2kbps；高速串口采用USB串口，该USB串口的传输速度约为16Mbps。

如图2所示，一种用于激光主动成像系统的控制显示方法，该控制显示方法包含：

S1，用户通过人机交互模块3显示的第一处理页面，输入控制外部激光主动成像系统200的控制信息，控制外部激光主动成像系统200的动作；第一处理页面还能够显示外部激光主动成像系统200反馈发送的状态信息。该步骤S1包含：

S1.1，用户通过人机交互模块3显示的第一处理页面，将外部激光主动成像系统200必要的控制信息、控制参数根据实际需求进行输入；处理控制模块2将上述信息经处理后通过输入输出模块1发送至外部激光主动成像系统200，对外部激光主动成像系统200进行状态控制。该步骤S1.1包含：

S1.1.1，处理控制模块2将用户通过第一处理页面输入的控制信息、控制参数进行处理后组成的一个发送数据帧，并将该发送数据帧通过输入输出模块1发送至外部激光主动成像系统200。

本实施例中，如图3所示，用户在第一处理页面的控制信息区域内输入要求的偏航镜头预定信息、偏航扫描范围信息等相应信息的输入范围值，处理控制模块2获取上述输入范围值后，将这些输入范围值作为状态字按照预先定义好的发送协议，组成发送数据帧发送至外部激光主动成像系统200。

本实施例中，发送数据帧包括26个字节，其中2个字节为帧头，1个字节为帧长，2个字节为流水号，2个字节为效验和，2个字节为帧尾，其余字节为状态控制字。

S1.1.2，外部激光主动成像系统200将该发送数据帧进行解析后，根据控制信息及控制参数进行相应的状态调整。

S1.2，输入输出模块1获取外部激光主动成像系统200发送的状态信息，并通过处理控制模块2进行解析处理后发送至人机交互模块3的第一处理页面进行显示。该步骤S1.2包含：

S1.2.1，外部激光主动成像系统200将镜头实际指向的偏航/俯仰天线反馈信息、反映目标位置的偏航/俯仰雷达误差信息组成接收数据帧发送至输入输出模块1。

S1.2.2，处理控制模块2通过输入输出模块1获取该接收数据帧，并进行解析处理后，发送至人机交互模块3的第一处理页面进行显示。

本实施例中，如图3所示，第一处理页面的状态信息区域显示外部激光主动成像系统200反馈的状态信息，例如偏航镜头反馈信息、俯仰镜头反馈信息、以及偏航/俯仰天线反馈信息、偏航/俯仰雷达误差信息等。外部激光主动成像系统200实时不断地发送该接收数据帧，经过处理控制模块2处理的接收数据帧按照接收协议解析成对应的状态，并显示至第一处理页面的状态信息区域。

本实施例中，接收数据帧包括27个字节，2个字节为帧头，1个字节为帧长，2个字节为流水号，2个字节为效验和，2个字节为帧尾，其余字节为状态信息。

S2，输入输出模块1获取外部激光主动成像系统200发送的成像信息，并输入处理控制模块2，该成像信息经处理控制模块2进行处理分析后，显示至人机交互模块3的第二处理页面。该步骤S2包含：

S2.1，处理控制模块2剔除成像信息中的逸出值、失落信息的干扰。

本实施例中，逸出值指小于某一常值（如10）的距离数据。失落信息是指大于另一个常值（如1677214，距离信息用3个字节表示，最大值为1677215）的距离数据。

S2.2，该处理控制模块2将该成像信息中的三维距离信息按照目标表面形状信息、弹目距离信息图像两种方式显示至人机交互模块3的第二处理页面。

本实施例中，目标表面形状信息是通过处理控制模块2计算最大距离信息与每个像素位置对应的距离信息的差值得到的，用于反应整个成像随表面物体的形状信息。

S2.3，该处理控制模块2将该成像信息中的灰度信息按照相对强度信息图像、绝对强度信息图像两种方式显示至该人机交互模块3的第二处理页面。

本实施例中，绝对强度信息图像反映了外部激光主动成像系统200中对回波信息进行模数转换后得到的数值，其大小和目标的远近和反射率等因素有关。但考虑到其不利于显示人眼观测，所以须经过图像处理以相对强度信息图像的名义显示，图像处理的算法可以是直方图均衡，也可以是按照实际灰度图像的最大最小，按量程等比例拉升。

综上所述，本发明提供的一种用于激光主动成像系统的控制显示系统及其方法，界面划分清晰、功能定义明确，易于实现，分别通过两种不同的方式显示三维距离信息、回波强度信息，使得信息完整。因此，本发明能够推广在类似的激光主动成像系统中进行应用。

尽管本发明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发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特征在于，该控制显示系统包含：

输入输出模块，与外部激光主动成像系统连接；

处理控制模块，与所述输入输出模块连接；

人机交互模块，与所述处理控制模块连接。

2.如权利要求1所述的用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特征在于，所述人机交互模块用于显示第一处理页面、第二处理页面。

3.如权利要求2所述的用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特征在于，

用户采用所述第一处理页面通过所述人机交互模块控制外部激光主动成像系统的工作状态及获取外部激光主动成像系统的状态信息；

用户采用所述第二处理页面通过该人机交互模块显示外部激光主动成像系统成像的三维形状图像及对该三维形状图像进行强度显示。

4.如权利要求3所述的用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特征在于，

所述处理控制模块获取所述人机交互模块的第一处理页面中的用户指令，并通过所述输入输出模块控制外部激光主动成像系统进行工作；

所述输入输出模块同时能够获取外部激光主动成像系统发送的成像信息、状态信息；将该成像信息通过该处理控制模块显示至所述人机交互模块的所述第二处理页面上，将该状态信息通过该处理控制模块显示至所述人机交互模块的所述第一处理页面上。

5.如权利要求4所述的用于激光主动成像系统的控制显示系统，其特征在于，

当用户通过所述第一处理页面发送信息或外部激光主动成像系统传送信息至该第一处理页面时，所述处理控制模块控制所述输入输出模块采用低速串口与外部激光主动成像系统进行信息交互；

当外部激光主动成像系统传送信息至所述第二处理页面时，所述处理控制模块控制所述输入输出模块采用高速串口接收外部激光主动成像系统发送的成像信息。

6.一种用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特征在于，该控制显示方法包含：

S1，用户通过人机交互模块显示的第一处理页面，输入控制外部激光主动成像系统的控制信息，控制外部激光主动成像系统的动作；所述第一处理页面还能够显示外部激光主动成像系统反馈发送的状态信息；

S2，所述输入输出模块获取外部激光主动成像系统发送的成像信息，并输入所述处理控制模块，该成像信息经所述处理控制模块进行处理分析后，显示至所述人机交互模块的第二处理页面。

7.如权利要求6所述的用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特征在于，所述步骤S1包含：

S1.1，用户通过所述人机交互模块显示的第一处理页面，将外部激光主动成像系统必要的控制信息、控制参数根据实际需求进行输入；所述处理控制模块将上述信息经处理后通过所述输入输出模块发送至外部激光主动成像系统，对外部激光主动成像系统进行状态控制；

S1.2，所述输入输出模块获取外部激光主动成像系统发送的状态信息，并通过所述处理控制模块进行解析处理后发送至所述人机交互模块的第一处理页面进行显示。

8.如权利要求7所述的用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特征在于，所述步骤S1.1包含：

S1.1.1，所述处理控制模块将用户通过所述第一处理页面输入的控制信息、控制参数进行处理后组成的一个发送数据帧，并将该发送数据帧通过所述输入输出模块发送至外部激光主动成像系统；

S1.1.2，外部激光主动成像系统将该发送数据帧进行解析后，根据控制信息及控制参数进行相应的状态调整。

9.如权利要求7所述的用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特征在于，所述步骤S1.2包含：

S1.2.1，外部激光主动成像系统将镜头实际指向的偏航/俯仰天线反馈信息、反映目标位置的偏航/俯仰雷达误差信息组成接收数据帧发送至所述输入输出模块；

S1.2.2，所述处理控制模块通过所述输入输出模块获取该接收数据帧，并进行解析处理后，发送至所述人机交互模块的第一处理页面进行显示。

10.如权利要求6所述的用于激光主动成像系统的控制显示方法，其特征在于，所述步骤S2包含：

S2.1，所述处理控制模块剔除成像信息中的逸出值、失落信息的干扰；

S2.2，该处理控制模块将该成像信息中的三维距离信息按照目标表面形状信息、弹目距离信息图像两种方式显示至所述人机交互模块的第二处理页面；

S2.3，该处理控制模块将该成像信息中的灰度信息按照相对强度信息图像、绝对强度信息图像两种方式显示至该人机交互模块的第二处理页面。