CN105446690B - 具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法，应用于多功能手持侦察仪器中，所述多功能手持侦察仪器包括：传感器组件和信息融合处理器；所述信息融合处理器为以嵌入式软硬件环境为平台的处理器；所述信息融合处理器根据图像传感器返回的探测信息，得到目标图像；所述信息融合处理器融合所述传感器组件提供的探测信息，利用设定的目标定位算法，计算出目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息；所述信息融合处理器按照设定的显示规则，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，在所述目标图像的显示界面上显示。本发明解决了多传感器信息融合在信息显示上效率不高的问题。

Description

具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法

技术领域

本发明涉及智能光电产品领域，尤其涉及一种具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法。

背景技术

多功能手持侦察仪器是一种集红外、可见光成像技术，激光测距技术，定位定向技术，高速信号数据处理技术于一体的跨学科的新型光电设备。该设备对各种传感器集成度高，设计过程中同时兼顾手持产品对低功耗、重量轻的设计追求。

多功能手持侦察仪器内部具有信息处理模块，该模块可完成红外、可见光图像的视频采集，和与各传感器模块间的通信数据传输，融合处理后的数据及图像由信息处理模块显示至显示器(OLED显示屏)中。

然而，现有的手持侦察仪器信息集成度不高，处理效率低，无法实现如同电脑或手机一样的丰富界面，操作者需要通过按键切换到不同界面才能将所有信息读取完成。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种解决上述问题的具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法。

具体的，本发明提供的具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法，应用于多功能手持侦察仪器中，所述多功能手持侦察仪器包括：传感器组件和信息融合处理器；所述传感器组件包括图像传感器、激光测距机、二代北斗模块和电子罗盘；所述信息融合处理器为以嵌入式软硬件环境为平台的处理器；所述方法包括：

所述信息融合处理器根据图像传感器返回的探测信息，得到目标图像；

所述信息融合处理器融合所述传感器组件提供的探测信息，利用设定的目标定位算法，计算出目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息；

所述信息融合处理器按照设定的显示规则，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，在所述目标图像的显示界面上显示。

可选地，本发明所述方法中，所述设定的显示规则为按照人眼视觉特性及操作习惯，并结合信息重要程度确定的各探测信息在所述显示界面上的显示位置信息。

可选地，本发明所述方法中，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，以汉字、数字和/或动态图形的方式在所述目标图像的显示界面上显示。

可选地，本发明所述方法中，所述传感器组件提供的探测信息包括：图像传感器提供的目标图像信息，激光测距机提供的本地与瞄准目标点之间的距离信息，二代北斗模块提供的本地CGCS2000坐标系下坐标信息、标准实时北京时间和参与定位解算的卫星颗数信息、以及电子罗盘提供的设备在瞄准目标时包括航向、横滚和俯仰的姿态信息。

可选地，本发明所述方法还包括：在通过二代北斗模块获取到本地CGCS2000坐标系下坐标信息时，或者计算得到目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息时，将本地或所述目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为BJ54坐标系下的坐标信息，并为用户提供在所述目标图像的显示界面上显示CGCS2000坐标系下的坐标信息或者显示BJ54坐标系下的坐标信息的切换接口。

可选地，本发明所述方法中，所述将本地或目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为BJ54坐标系下的坐标信息，包括：

将本地或目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

调用CGCS2000坐标系与BJ54坐标系间的坐标转换参数，所述坐标转换参数包括：两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k；

利用所述坐标转换参数将所述本地或目标点的CGCS2000空间直角坐标转换为BJ54的空间直角坐标；

将所述本地或目标点的BJ54空间直角坐标转换为BJ54大地坐标，并根据目标点的BJ54大地坐标，得到本地或目标点的BJ54高斯平面投影。

可选地，本发明所述方法中，所述坐标转换参数的计算方式包括：

获取目标点所在区域内的三个已知点P1、P2、P3的BJ54坐标信息和CGCS2000坐标信息；

将所述P1、P2、P3的BJ54坐标信息转换为BJ54空间直角坐标，以及将所述P1、P2、P3的CGCS2000坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

利用所述P1、P2、P3的BJ54空间直角坐标和CGCS2000空间直角坐标，计算得到两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k。

可选地，本发明所述方法中，所述信息融合处理器采用数字信号处理器DSP来实现。

本发明有益效果如下：

首先，本发明解决了多传感器信息融合在信息显示上效率不高的问题，避免了传统设备多传感器信息不能一次性同时显示在界面中，需要按键切换调用显示的弊端，方便操作人员快速获取实时信息，提高了信息获取效率，在稍纵即逝的战场对于提高作战效率意义重大。

其次，本发明引入了人眼视觉对不同信息敏感程度的特性来进行信息位置分配显示，在同一界面中显示直接提高了用户的信息获取效率。

第三，可双坐标系转换的目标定位功能是本发明所述方法的重要创新，在嵌入式平台上实现该功能具有较强的实际应用意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多功能手持侦察仪器的系统架构图；

图2是本发明提供的具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法的流程图；

图3是本发明所述方法的界面显示效果图；

图4为本发明所述方法中坐标转换的流程图；

图5为CGCS2000与BJ54坐标系的空间直角坐标转换模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高单兵作战效率及机动性，提高战情信息的获取容量，本发明提供一种适用于多功能手持侦察仪器的具有红外图像或可见光图像、测距信息、定位信息和姿态信息融合及显示技术。作为传统光电产品与多数据融合处理需求相结合的趋势下，该技术通过使用红外成像或可见光成像技术瞄准目标，利用激光测距机、二代北斗模块和电子罗盘等传感器获取信息，系统通过融合以上信息，以嵌入式软硬件环境为平台，经过定位算法得到目标点坐标信息，并将上述信息按照人眼视觉最佳观测效果以文字、数字或动态图形化方式显示，方便操作者快速获取信息，满足战场同一时间获取多种信息的需要。

具体的，本发明提供的具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法，应用于多功能手持侦察仪器中，如图1所示，所述多功能手持侦察仪器包括：传感器组件和信息融合处理器；所述传感器组件包括图像传感器、激光测距机、二代北斗模块和电子罗盘；所述信息融合处理器为以嵌入式软硬件环境为平台的处理器。如图2所示，本发明所述方法包括：

步骤S201，信息融合处理器根据图像传感器返回的探测信息，得到目标图像；

步骤S202，信息融合处理器融合传感器组件提供的探测信息，利用设定的目标定位算法，计算出目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息；

具体的，红外和可见光图像提供用于全天候观测使用的目标图像信息；激光测距机提供本地与瞄准目标点之间的距离信息；二代北斗模块输出NMEA-0183标准协议数据，可以解析出本地CGCS2000坐标系下的包括经、纬度和高程的坐标信息、标准实时北京时间和参与定位解算的卫星颗数信息；电子罗盘提供设备在瞄准目标时包括航向、横滚和俯仰的姿态信息。

步骤S203，信息融合处理器按照设定的显示规则，将传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，在目标图像的显示界面上显示。如图3所示，为界面显示效果图。

其中，设定的显示规则为按照人眼视觉特性及操作习惯，并结合信息重要程度确定的各探测信息在所述显示界面上的显示位置信息。

进一步地，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，以汉字、数字和/或动态图形的方式在所述目标图像的显示界面上显示。

也就是说，本发明将多种信息按照人眼视觉特性及操作习惯，并结合信息重要程度，以汉字、数字和动态图形相结合的方式在界面中合理分布信息位置并同时显示。

综上可知，本发明解决了多传感器信息融合在信息显示上效率不高的问题，避免了传统设备多传感器信息不能一次性同时显示在界面中，需要按键切换调用显示的弊端，方便操作人员快速获取实时信息，提高了信息获取效率，在稍纵即逝的战场对于提高作战效率意义重大。并且，本发明引入了人眼视觉对不同信息敏感程度的特性来进行信息位置分配显示，在同一界面中显示直接提高了用户的信息获取效率。

在本发明的一个较佳实施例中，本发明中的目标定位功能有别于传统的车载、机载式远程定位方法，具有CGCS2000坐标和BJ54坐标系两种坐标转换功能。以嵌入式软硬件环境为平台，结合手持设备低功耗、小型化和轻重量的技战术要求，确保满足复杂战场环境下的远程定位功能需求。

具体的，目标定位功能是手持侦察仪器的重要功能。通过在嵌入式平台中处理多传感器信息，可以输出自定位点(手持设备)和目标点的两套坐标系坐标，即实现将位置信息从CGCS2000坐标系向BJ54坐标系的转换。这里的转换分为两部分，即自定位坐标转换和远程定位坐标转换。这两部分内容是独立运行的，由于手持侦查仪器远程定位两点间的距离通常不会超过10公里，所以可以选用相同的转换参数。CGCS2000坐标系和BJ54坐标系不但坐标系形式不同，而且坐标系基准也不相同，因此坐标转换包含坐标系转换和坐标基准转换两方面内容。前者是指在同一基准下，空间点的不同坐标形式间的坐标转换，而后者是指在不同的基准下进行测量坐标的转换。CGCS2000坐标系属于地心坐标系统，其坐标原点处于地球质心上，参考椭球面采用CGCS2000椭球。而我国军用地图使用的BJ54坐标系属于参心坐标系，其参考椭球面采用克拉索夫斯基椭球，并采用高斯-克吕格投影方式进行投影。对坐标转换精度不高的情况下坐标系统转换模型可采用平面转换模型的设计方法，平面转换模型要求假设两坐标系中心和坐标轴方向一致，方法简单但只适用于小范围低精度的转换。而空间转换模型较为复杂，但适用范围大，精度高。本发明在嵌入式系统中采用空间转换模型实现坐标转换。坐标转换需要计算七个转换参数，该参数的计算通过三个已知点(P1，P2，P3)来获取。这三个已知点的选取应尽可能分散，且其BJ54和CGCS2000下的两套坐标应具有很高的精度，这样才能保持较高的转换精度。通过计算参数，可以得到两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k。实际操作中这七个参数也可以由用户输入，当设备在以已知点组成的三角形的中心为圆心的约30公里范围可以使用该参数完成CGCS2000大地坐标到BJ54大地坐标的转换，从而求出范围内任意一点P4的两种坐标信息。BJ54坐标系通常采用高斯平面投影的形式，其大地坐标与平面投影的转换可由高斯正反变换算法完成。这种双坐标系的目标定位功能信息集成度高，突破了传统手持定位产品单一坐标系定位功能的局限，在战场具有较强的实战意义。

如图4所示，为将通过二代北斗模块解析获取到的本设备的CGCS2000坐标信息(本地坐标信息)或者通过计算得到的目标点的CGCS2000坐标信息，转换为BJ54坐标信息的具体流程图。转换流程包括：

获取目标点所在区域内的三个已知点P1、P2、P3的BJ54坐标信息和CGCS2000坐标信息；

将所述P1、P2、P3的BJ54坐标信息转换为BJ54空间直角坐标，以及将所述P1、P2、P3的CGCS2000坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

利用所述P1、P2、P3的BJ54空间直角坐标和CGCS2000空间直角坐标，计算得到两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k。具体的，本实施例中，CGCS2000与BJ54坐标系的空间直角坐标转换模型如图5所示。转换数据模型如公式1所示。

(公式1)

式中，X_t、Y_t、Z_t为BJ54坐标系下的空间直角坐标；X_s、Y_s、Z_s为CGCS2000坐标系下的空间直角坐标。七个参数包括三个偏移参数dx，dy，dz，三个旋转参数ε_x，ε_y，ε_z和一个比例尺度k。dx，dy，dz称为两坐标系的原点平移矢量，原坐标系中的点位置矢量加上原点平移矢量即可得到新坐标系中的位置矢量。ε_x，ε_y，ε_z是坐标参考框架的旋转角，其符号约定从坐标系轴正向看，坐标参考框架绕轴顺时针旋转为正。K为比例尺度，用于调整椭球大小。通过三个已知点在两个坐标系下的坐标值即可求得上述的七个参数。

将本地或目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

调用所述CGCS2000坐标系与BJ54坐标系间的坐标转换参数，利用所述坐标转换参数将所述本地或目标点的CGCS2000空间直角坐标转换为BJ54的空间直角坐标；

将所述本地或目标点的BJ54空间直角坐标转换为BJ54大地坐标，并根据目标点的BJ54大地坐标，得到本地或目标点的BJ54高斯平面投影。

综上可知，本发明实施例通过获取已知点(P1，P2，P3)的BJ54坐标和CGCS2000坐标，从而求出坐标转换参数dx，dy，dz，k，ex，ey，ez。任意一点(P4)的CGCS2000坐标可以根据前面求出的坐标转换参数求得该点(P4)在BJ54坐标系下的坐标。

在本发明的又一较佳实施例中，为了得到最佳的使用效果，在观测目标时需要保证红外、可见光和激光的光轴一致性，同时在进行目标定位操作时需要在空旷、无磁干扰的环境中使用，以满足全角度范围内的目标定位精度。

在本发明的一个具体实施例中，信息融合处理器主要完成图像融合，传感器信息处理以及显示功能。选择数字信号处理器DSP完成该信息融合处理器功能，目的在于可以充分利用DSP在信息处理算法方面的优势。针对手持设备而言，需要有一个良好的人机界面和系统资源管理。使用通用操作系统完成任务处理。操作系统本身具有很强的资源管理能力，可以方便实现多功能手持侦察仪器内部各组件的管理；在操作系统中运行相关软件可以方便开发适合人眼视觉观察的人机交互界面。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (7)

1.一种具有目标定位功能的信息融合及多信息显示方法，应用于多功能手持侦察仪器中，所述多功能手持侦察仪器包括：传感器组件和信息融合处理器；所述传感器组件包括图像传感器、激光测距机、二代北斗模块和电子罗盘，其特征在于，所述信息融合处理器为以嵌入式软硬件环境为平台的处理器；

所述信息融合处理器根据图像传感器返回的探测信息，得到目标图像；

所述信息融合处理器融合所述传感器组件提供的探测信息，利用设定的目标定位算法，计算出目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息；

所述信息融合处理器按照设定的显示规则，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，在所述目标图像的显示界面上显示；

其中，所述设定的显示规则为按照人眼视觉特性及操作习惯，并结合信息重要程度确定的各探测信息在所述显示界面上的显示位置信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述传感器组件提供的探测信息和计算得到的目标点的坐标信息，以汉字、数字和/或动态图形的方式在所述目标图像的显示界面上显示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器组件提供的探测信息包括：图像传感器提供的目标图像信息，激光测距机提供的本地与瞄准目标点之间的距离信息，二代北斗模块提供的本地CGCS2000坐标系下坐标信息、标准实时北京时间和参与定位解算的卫星颗数信息，以及电子罗盘提供的设备在瞄准目标时包括航向、横滚和俯仰的姿态信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在通过二代北斗模块获取到本地CGCS2000坐标系下坐标信息时，或者计算得到目标点CGCS2000坐标系下的坐标信息时，将本地或所述目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为BJ54坐标系下的坐标信息，并为用户提供在所述目标图像的显示界面上显示CGCS2000坐标系下的坐标信息或者显示BJ54坐标系下的坐标信息的切换接口。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将本地或目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为BJ54坐标系下的坐标信息，包括：

将本地或目标点的CGCS2000坐标系下的坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

调用CGCS2000坐标系与BJ54坐标系间的坐标转换参数，所述坐标转换参数包括：两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k；

利用所述坐标转换参数将所述本地或目标点的CGCS2000空间直角坐标转换为BJ54的空间直角坐标；

将所述本地或目标点的BJ54空间直角坐标转换为BJ54大地坐标，并根据目标点的BJ54大地坐标，得到本地或目标点的BJ54高斯平面投影。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述坐标转换参数的计算方式包括：

获取目标点所在区域内的三个已知点P1、P2、P3的BJ54坐标信息和CGCS2000坐标信息；

将所述P1、P2、P3的BJ54坐标信息转换为BJ54空间直角坐标，以及将所述P1、P2、P3的CGCS2000坐标信息转换为CGCS2000空间直角坐标；

利用所述P1、P2、P3的BJ54空间直角坐标和CGCS2000空间直角坐标，计算得到两套坐标系的偏移参数dx、dy、dz和旋转参数ex、ey、ez，以及比例尺k。

7.如权利要求1至6任意一项所述的方法，其特征在于，所述信息融合处理器采用数字信号处理器DSP来实现。