CN109300145B - 自适应智能伪装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型自适应智能伪装系统，包括视觉采集模块、处理模块、伪装模块、人机交互模块和GPS模块，视觉采集模块采集伪装体周围环境的图像信息；GPS模块用于采集伪装体的移动速度，处理模块进行图像数据融合，得到伪装图像，并根据解析过的GPS模块传输来的速度数据调整摄像头拍摄角度；伪装模块包括一块柔性显示屏，覆盖在伪装体表面，用于显示处理模块输出的伪装图像；人机交互模块与处理模块连接，用于选择工作模式。本发明能迅速改变本体表面的颜色以响应环境的变化，达到与环境背景的颜色特征高度融合、匹配，做到与环境近似的自适应视觉伪装，可用于军事伪装，反高空侦查等领域。

Description

自适应智能伪装系统
技术领域
本发明涉及军事视觉伪装技术，特别是一种新型自适应智能伪装系统。
背景技术
所谓伪装，就是利用电磁学、光学、热学、声学等技术手段，改变目标原有的特征信息，隐真示假，降低敌人的侦察效果，使敌方对已方的位置、企图、行动等产生错觉，造成其指挥失误，以最大限度地保存自己，打击敌人。
随着科学技术的飞速发展，光电探测技术和探测手段以及其他各种反伪装技术已经发展到了相当高的水平，现代军事视觉伪装的技术措施主要包括：天然伪装、迷彩伪装、植物伪装、人工遮障伪装、烟幕伪装、假目标伪装，但上述伪装技术存在色牢度差、野外长期使用易褪色、容易被光学仪器和热成像系统探测到的缺点，以及在伪装体移动的情况下无法做到与环境近似的自适应视觉伪装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型自适应智能伪装系统，解决传统视觉伪装无法做到自适应、图像伪装拼接效果差以及伪装体移动状态下存在图像显示延时误差的问题，通过借助多个摄像头实时采集伪装体周围环境图像信息，并进行多图像数据融合拼接处理后显示于同一块柔性显示屏上，提高伪装精确度与自适应性。
实现本发明目的的技术解决方案：一种新型自适应智能伪装系统，包括视觉采集模块、GPS模块、处理模块、伪装模块和人机交互模块；
所述视觉采集模块包括多个位置标定好的摄像头，采集伪装体周围环境的图像信息；所述GPS模块用于采集伪装体的移动速度，所述处理模块根据多个摄像头采集到的图像信息和标定好的摄像头的位置信息进行图像数据融合，得到伪装图像，并根据解析过的GPS模块传输来的速度数据调整摄像头拍摄角度；所述伪装模块包括一块柔性显示屏，覆盖在伪装体表面，用于显示处理模块输出的伪装图像；所述人机交互模块与处理模块连接，用于选择工作模式。
进一步的，摄像头安装于舵机云台上，根据伪装体的移动速度自适应调整拍摄角度。
进一步的，拍摄角度的调整范围为-60°～60°，以竖直向下为0°，向前为正角度，向后为负角度。
进一步的，当伪装体的移动方向为前进时：
移动速度大于100km/h时，摄像头角度为60°；移动速度为80～100km/h时，摄像头角度为50°；移动速度为60～80km/h时，摄像头角度为40°；移动速度为40～60km/h 时，摄像头角度为30°；移动速度为20～40km/h时，摄像头角度为20°；移动速度为0～20 km/h时，摄像头角度为10°；
当伪装体的移动方向为后退时：
移动速度大于100km/h时，摄像头角度为-60°；移动速度为80～100km/h时，摄像头角度为-50°；移动速度为60～80km/h时，摄像头角度为-40°；移动速度为40～60km/h 时，摄像头角度为-30°；移动速度为20～40km/h时，摄像头角度为-20°；移动速度为0～20 km/h时，摄像头角度为-10°。
进一步的，图像数据融合的方法为：
根据摄像头的数量n将伪装模块的柔性显示屏分为n个部分，每一部分显示屏显示最靠近它的摄像头采集到的图像信息，最后将不同部分的图像拼接在一起，每个部分的边缘连接部分区域利用分界线两侧的像素进行均值滤波。
进一步的，均值滤波采用blur函数，需要在图像上对目标像素给出一个内核，该内核包括其周围的临近像素，采用5*5的内核进行均值滤波，以目标元素为中心的周围 25个像素，构成一个滤波内核，再用内核中全体像素的平均值代替原来的像素值，其内核可用如下公式表示：
Figure BDA0001770479410000021
进一步的，工作模式包括两种：动态显示模式和静态显示模式；
动态显示模式：当伪装体处于运动状态时，调整摄像头拍摄角度，实时显示图像数据融合后的伪装图像；
静态显示模式为：当伪装体处于静止状态时，根据伪装体所处周边环境，选取已存储的伪装图像，通过柔性显示屏显示。
进一步的，处理模块的存储器存储有草原、森林、公路、沙漠战场环境下的伪装图像。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明能迅速改变伪装体外观的颜色以响应环境的变化，相比迷彩伪装等传统伪装，具有自适应性和实时伪装性；(2)借助图像处理技术，将多个摄像头采集到的多个图像进行图像拼接融合，将其中的连接部分进行均值滤波，使得连接处部分更加自然，伪装性更好，最后将处理后的图像在一张柔性显示屏显示出来，这样使得伪装体与周围环境高度融合、匹配；(3)系统采用两个工作模式，包括伪装体静止模式和伪装体运动模式，这样在达到伪装效果的同时，可以减少处理器进行图像处理的能耗；(4)伪装模块采用一块新型的柔性显示屏，它具有柔韧性、可折叠的特点，因此可适应不同形状的伪装体，具有更好的自适应性；(5)利用GPS 模块采集伪装体的移动速度，根据伪装体的移动速度来自适应地调整视觉采集模块的摄像头照射角度，解决了图像处理速度和伪装体移动状态下带来的延时误差问题，从而做到不同移动速度下的实时高度匹配周围的环境。
附图说明
图1是本发明的新型自适应智能伪装系统框架图。
图2是伪装过程流程图。
图3是均值滤波示意图。
图4是舵机云台和摄像头安装示意图。
具体实施方式
结合图1，一种新型自适应智能伪装系统，包括视觉采集模块，处理模块、采集模块、人机交互模块和GPS模块。
伪装体是指在军事领域的战场指挥车、战机、战略导弹发射车等具有重大经济价值和军事作用的目标；所述视觉采集模块采用多个摄像头置于伪装体的周围来采集伪装体周围环境的图像信息，其摄像头的数量n将根据不同伪装体的形状大小来设定，为了减少伪装体在移动状态下图像显示的延时性，将摄像头安装于舵机云台上，根据伪装体的移动速度自适应调整拍摄角度，其调整角度范围为向下-60°到60°，将摄像头的位置标定并记录，图像数据融合将根据每个摄像头的位置和图像信息进行图像数据拼接融合。
所述处理模块的图像融合算法将根据摄像头的数量n将伪装模块的柔性显示屏分为n个部分，每一部分将显示最靠近它的摄像头采集到的图像信息，最后将不同部分的图像拼接在一起，然后将每个部分的边缘连接部分进行均值滤波处理，使得各个部分连接处显示伪装的更加自然，这样与伪装体周围的环境更加精确的匹配。
进一步地，将采集到的n个图像拼接为一个图像，对于其每个部分的边缘连接区域，为使其连接更自然，将其设置为感兴趣区域(ROI，region of interest)，以便进行进一步的处理。将划定的感兴趣区域做均值滤波处理，其基本思想是输出图像的每一个像素是核窗口内输入图像对应元素的平均值，即用一片图像区的各个像素的均值来代替原图像的各个像素值，这样做的目的是使其连接的更加自然，伪装性更好。下面借助基于 opencv的代码作进一步的说明，均值滤波处理函数代码如下
Figure BDA0001770479410000041
进一步地，对于均值滤波blur函数，需要在图像上对目标像素给出一个内核，该内核包括了其周围的临近像素，本发明采用5*5的内核进行均值滤波，即已目标元素为中心的周围25(5*5)个像素，构成一个滤波内核，再用内核中全体像素的平均值代替原来的像素值，其内核可用如下公式表示：
Figure BDA0001770479410000042
进一步地，处理模块的存储器里将存储草原、森林、公路、沙漠这些不同战场环境下的伪装图像，这样在伪装体处于静止状态时，可以直接将事先存储好的图像信息发送到伪装模块的柔性显示屏，在达到伪装效果的同时，还减少处理器进行图像处理的能耗。伪装模式分为伪装体静止和运动的工作模式。当伪装体运动时，根据图像融合处理后显示出来；当伪装体静止时，直接将存储好的图像显示出来。这两种工作模式可以通过人机交互模块的按键进行操作控制。
所述伪装模块采用一块新型的柔性显示屏，具有柔韧性、可折叠的特点，因此可适应不同形状的伪装体，具有更好的自适应性。
所述GPS模块主要作用是采集伪装体的移动速度，因为如果将摄像头固定于一个角度，会出现图像显示延时而与实时周围环境不匹配的现象，因此可以结合伪装体的移动速度和处理器的图像处理速度来自适应地调整视觉采集模块的摄像头照射角度，减小图像显示的延时性，从而做到不同移动速度下的实时高度匹配周围的环境。
进一步地，对于摄像头的角度调整，例如当伪装体处于高速向前行驶时，舵机云台将摄像头设置于向前下方60°照射；当伪装体处于低速行驶时，舵机云台将摄像头设置于向前下方10°照射；当伪装体处于高速后退时，舵机云台将摄像头设置于向后下方60°照射，这样可以减小图像显示的延时误差问题。
进一步地，对于GPS模块的速度数据解析，其GPS数据传输协议为NMEA-0183协议，NMEA-0183协议采用ASCII码来传递GPS定位信息，称之为帧。利用$GPVTG(地面速度信息，Track Made Good and Ground Speed)指令可以解析速度数据，$GPVTG指令语句的基本格式如下：
$GPVTG,(1),T,(2),M,(3),N,(4),K,(5)*hh(CR)(LF)
(1)以真北为参考基准的地面航向(000～359度，前面的0也将被传输)
(2)以磁北为参考基准的地面航向(000～359度，前面的0也将被传输)
(3)地面速率(000.0～999.9节，前面的0也将被传输)
(4)地面速率(0000.0～1851.8公里/小时，前面的0也将被传输)
(5)模式指示(A＝自主定位，D＝差分，E＝估算，N＝数据无效)
举例如下：
$GPVTG,000,T,000,M,000.195,N,000.361,K,A*2A
因此可以利用$GPVTG指令的(4)地面速率解析得到速度信息，然后通过串口传输至处理器，其速度数据解析部分C代码如下所示：
//数据解析，如果串口传入$GPVTG指令，执行此程序
Figure BDA0001770479410000051
Figure BDA0001770479410000061
进一步地，得到速度数据后，处理器将根据伪装体的行驶速度来控制舵机云台的角度动作，从而改变摄像头拍摄角度。比如当伪装体处于前进状态时，其舵机云台的控制部分C代码如下所示：
Figure BDA0001770479410000062
为了更好地适应伪装体在移动状态下的伪装，在借用现有技术的基础上，本发明提出一种新的自适应视觉伪装系统，利用图像采集、处理和显示的过程可以实现自适应的实时伪装效果，并且对于图像的拼接部分做了均值滤波处理，还利用了GPS模块来采集伪装体的移动速度，根据移动速度来自适应地调整视觉采集模块的摄像头照射角度，减小了图像显示的延时误差，从而做到不同移动速度下的实时高度匹配周围的环境，适合在军事领域的战场指挥车、战机、战略导弹发射车等具有重大经济价值和军事作用的目标，具有重要的军事意义。
下面结合附图和实施例具体说明发明的技术方案。
实施例
结合图1，一种新型自适应智能伪装系统,包括视觉采集模块2、处理模块3、伪装模块4、人机交互模块5和GPS模块6。
伪装体1是指在军事领域的战场指挥车、战机、战略导弹发射车等具有重大经济价值和军事作用的目标；所述视觉采集模块2的多个位置标定好的摄像头采集伪装体1周围环境的图像信息；所述处理模块3将根据多个摄像头采集到的图像信息和标定好的摄像头的位置信息进行图像数据融合为一个伪装图像；此伪装图像是与伪装体1周围的不同方向的环境高度匹配的；所述伪装模块4用一个柔性显示屏覆盖于伪装体1表面，将处理模块3处理后的伪装图像显示出来达到伪装效果；所述人机交互模块5主要是和处理模块3进行交互的按键和显示器等人机交互工具，可以通过按键选择不同的工作模式，通过显示器可以监控柔性显示屏上的伪装效果。所述GPS模块6主要作用是采集伪装体1的移动速度，这样可以结合伪装体的移动速度和处理器的图像处理速度来自适应地调整视觉采集模块的摄像头照射角度，减小了图像显示的延时性，从而做到不同移动速度下的实时高度匹配周围的环境。
结合图2，当系统开机后，首先通过人机交互模块的键盘选择工作模式：在伪装体处于运动状态时，采用运动模式，首先GPS模块采集伪装体的移动速度，根据伪装体的移动速度来自适应地调整视觉采集模块的舵机云台的角度，从而改变摄像头照射角度，然后将根据摄像头的数量n将伪装模块的柔性显示屏分为n个部分，每一部分将显示最靠近它的摄像头采集到的图像信息，最后将不同部分的图像拼接在一起，每个部分的边缘连接部分区域将利用分界线两侧的像素进行均值滤波，使得各个部分连接处伪装的更加自然，这样与伪装体周围的环境更加精确的匹配；在伪装体处于静止状态时，采用静止模式，处理模块的存储器里将存储草原、森林、公路、沙漠等不同战场环境下的伪装图像，这样在伪装体处于静止状态时，可以直接将事先存储好的图像信息发送到伪装模块的柔性显示屏，这样在达到伪装效果的同时，还减少处理器进行图像处理的能耗。
结合图3，说明均值滤波的过程，均值滤波的基本原理输出图像的每一个像素是核窗口内输入图像对应元素的平均值，即用一片图像区的各个像素的均值来代替原图像的各个像素值。利用均值滤波的特点，使得图像拼接融合部分过度的更加的自然和平滑。如图3所示，将两张图像拼接为一张图像7，中间的虚线9为图像的连接处，将图像7 的中间部分阴影区域8设置为感兴趣区域ROI，然后设置5*5的核窗口10在感兴趣区域中滑动进行均值滤波使得图像连接的更加平滑。
结合图4和表1，在舵机云台12上经过舵机云台支架13安装摄像头11，通过舵机云台12可使得摄像头改变拍摄的角度，根据伪装体的速度，其拍摄角度的变化范围为 120°。以竖直向下为0°，向前为正角度，向后为负角度，可得到表1的伪装体行驶速度与摄像头角度的对应关系，如伪装体的前进速度为120km/h，那么摄像头的拍摄角度为向前下方60°。
表1伪装体行驶速度与摄像头角度对应关系
伪装体行驶速度(km/h) 行驶方向 摄像头角度
>100 前进 60°
80～100 前进 50°
60～80 前进 40°
40～60 前进 30°
20～40 前进 20°
0～20 前进 10°
>100 后退 -60°
80～100 后退 -50°
60～80 后退 -40°
40～60 后退 -30°
20～40 后退 -20°
0～20 后退 -10°
利用此方法，结合了伪装体的行驶速度和处理器图像处理的速度，极大地改善了柔性显示屏的延时显示而带来的与周围环境不实时匹配的问题。

Claims (3)

1.一种自适应智能伪装系统，其特征在于，包括视觉采集模块、GPS模块、处理模块、伪装模块和人机交互模块；
所述视觉采集模块包括多个位置标定好的摄像头，采集伪装体周围环境的图像信息；所述GPS模块用于采集伪装体的移动速度，所述处理模块根据多个摄像头采集到的图像信息和标定好的摄像头的位置信息进行图像数据融合，得到伪装图像，并根据解析过的GPS模块传输来的速度数据调整摄像头拍摄角度；所述伪装模块包括一块柔性显示屏，覆盖在伪装体表面，用于显示处理模块输出的伪装图像；所述人机交互模块与处理模块连接，用于选择工作模式；
摄像头安装于舵机云台上，根据伪装体的移动速度自适应调整拍摄角度；拍摄角度的调整范围为-60°～60°，以竖直向下为0°，向前为正角度，向后为负角度；
当伪装体的移动方向为前进时：
移动速度大于等于100km/h时，摄像头角度为60°；移动速度大于等于80km/h且小于100km/h时，摄像头角度为50°；移动速度大于等于60km/h且小于80km/h时，摄像头角度为40°；移动速度大于等于40km/h且小于60km/h时，摄像头角度为30°；移动速度大于等于20km/h且小于40km/h时，摄像头角度为20°；移动速度大于等于0km/h且小于20km/h时，摄像头角度为10°；
当伪装体的移动方向为后退时：
移动速度大于等于100km/h时，摄像头角度为-60°；移动速度大于等于80km/h且小于100km/h时，摄像头角度为-50°；移动速度大于等于60km/h且小于80km/h时，摄像头角度为-40°；移动速度大于等于40km/h且小于60km/h时，摄像头角度为-30°；移动速度大于等于20km/h且小于40km/h时，摄像头角度为-20°；移动速度大于等于0km/h且小于20km/h时，摄像头角度为-10°；
图像数据融合的方法为：根据摄像头的数量n将伪装模块的柔性显示屏分为n个部分，每一部分显示屏显示最靠近它的摄像头采集到的图像信息，最后将不同部分的图像拼接在一起，每个部分的边缘连接部分区域利用分界线两侧的像素进行均值滤波；
工作模式包括动态显示模式和静态显示模式；
动态显示模式：当伪装体处于运动状态时，调整摄像头拍摄角度，实时显示图像数据融合后的伪装图像；
静态显示模式：当伪装体处于静止状态时，根据伪装体所处周边环境，选取已存储的伪装图像，通过柔性显示屏显示。
2.根据权利要求1所述的自适应智能伪装系统，其特征在于，均值滤波采用blur函数，在图像上对目标像素给出一个内核，该内核包括其周围的临近像素，采用5*5的内核进行均值滤波，以目标元素为中心的周围25个像素，构成一个滤波内核，再用内核中全体像素的平均值代替原来的像素值，其内核可用如下公式表示：
Figure FDA0002250819450000021
3.根据权利要求1所述的自适应智能伪装系统，其特征在于，处理模块的存储器存储有草原、森林、公路、沙漠战场环境下的伪装图像。
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