CN111459046B - 一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法 - Google Patents

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CN111459046B CN202010103846.3A CN202010103846A CN111459046B CN 111459046 B CN111459046 B CN 111459046B CN 202010103846 A CN202010103846 A CN 202010103846A CN 111459046 B CN111459046 B CN 111459046B
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Abstract

本发明公开了一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法。该系统包括数据通信模块、数据解算模块、图像仿真模块、主控计算机、三轴模拟转台和光学投影装置。方法为：首先将三轴模拟转台与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹的运动姿态，获取目标视线角运动参数；然后数据通信模块实时解析主控计算机传送来的数据包，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块，变换为目标相对导弹导引头的运动参数；接着计算目标在投影幕布上的弹‑目相对运动的视景信息，传递给图像仿真模块；最后图像仿真模块进行二维投影绘制，将图像仿真结果传送至光学投影装置实时显示。本发明方法简单、成本低、灵活性强、适用范围广的优点。

Description

一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法
技术领域
本发明涉半实物仿真与图像处理技术领域，特别是一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法。
背景技术
半实物仿真是精确武器系统研制过程中不可缺少的一个重要的环节，在采用可见光的电视制导武器半实物仿真试验中，为了提高仿真置信度及验证导引头的性能，需要将导引头接入半实物仿真回路，此时需要采用可见光目标模拟仿真系统来模拟导引头探测系统所探测的高动态场景和目标，以供导引头进行目标精确探测和识别，从而实现对电视导引头跟踪性能及弹载制导控制系统性能的考察。
现有的典型系统及方法，如专利1“一种基于可见光目标模拟器的真实目标景象模拟系统，CN103591968A”仅通过数学模型计算导弹的运动参数，然后利用投影光学系统将生成的数字图像直接输出至导弹探测系统，该方法无法精确模拟导弹飞行过程中真实的姿态变化，同时所使用的投影光学系统结构复杂，成本高。专利2“可见光图像制导导弹仿真简易目标模拟系统及其模拟方法，CN104360891A”使用二维映射表以对应三轴转台的偏航方向角和俯仰方向角与十字目标位置关系，该方法无法模拟生成真实的视景环境，且二维映射表存在一定计算误差，不利于验证导引头对目标的识别能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法简单、成本低、灵活性强、适用范围广的图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统，包括图像仿真机和可见光目标模拟器，其中图像仿真机包括数据通信模块、数据解算模块和图像仿真模块，可见光目标模拟器包括主控计算机、三轴模拟转台和光学投影装置；
所述数据通信模块，实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
所述数据解算模块，将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
所述图像仿真模块，根据数据解算模块得到的弹-目相对运动视景信息，进行对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
所述光学投影装置由投影仪和投影幕布组成，通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像；
所述主控计算机，用于进行导弹动力学和运动学方程的实时解算，将时间信息和解算得到的导弹姿态参数发送至三轴模拟转台，并将时间信息和解算得到的导弹坐标参数与姿态参数发送至图像仿真机的数据通信模块；
所述三轴模拟转台，与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数。
进一步地，所述数据通信模块包括两种获取信息的方式，即来自本地数据文件以及图像仿真机端口数据的实时读取；所述图像仿真机端口数据的获取方式为通过RS-422串口通信协议高速获取主控计算机发送的参数。
一种图像导引头用目标及场景实时动态生成方法，包括以下步骤：
步骤1、三轴模拟转台与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数；
步骤2、数据通信模块通过实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
步骤3、数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
步骤4、图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
步骤5、光学投影装置通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像。
进一步地，步骤3所述的数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块，具体如下：
步骤3.1、初始化三轴模拟转台中心距离投影幕布的距离L1，三轴模拟转台中心距离导引头光学焦点的距离Lm，目标的真实二维物理尺寸(w,h)，w为目标宽度，h为目标高度；
步骤3.2、初始化目标在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000031
并根据目标运动速度
Figure BDA0002387813230000032
和时间不断更新目标在发射坐标系中的位置
Figure BDA0002387813230000033
Figure BDA0002387813230000034
Figure BDA0002387813230000035
Figure BDA0002387813230000036
步骤3.3、从数据通信模块获取时间tn，即第n次接收数据的时间；获取导弹在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000037
以及导弹的偏航角与俯仰角
Figure BDA0002387813230000038
步骤3.4、计算导弹导引头的光学焦点在发射坐标系中的坐标
Figure BDA0002387813230000039
步骤3.5、计算真实目标与投影幕布中显示的目标图像大小比例K，公式如下：
Figure BDA00023878132300000310
步骤3.6、以电视导引头为观察体进行透视投影变换，计算目标在投影幕布上的成像坐标(x,y)，公式如下：
Figure BDA00023878132300000311
Figure BDA00023878132300000312
步骤3.7、计算目标在投影幕布上的成像尺寸(w/K,h/K)。
进一步地，步骤4所述的图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置，具体如下：
步骤4.1、图像仿真模块根据接收到的弹-目相对运动视景信息，即目标在投影幕布上的成像面积和成像位置，通过软件调整目标图像和背景图像大小，并将目标图像在投影幕布上的位置转换到图像坐标系中；
步骤4.2、计算目标图像与背景图像的交并比IoU，具体如下：
Figure BDA0002387813230000041
其中A为目标图像，B为背景图像，∩为计算图像交集，∪为计算图像并集；
步骤4.2、若IoU等于0，表示目标超出背景图像范围，将背景图像传送至光学投影装置；若IoU大于0，则计算目标图像与背景图像的交集，并根据二者交集裁剪目标图像，然后将得到的目标图像绘制到背景图像中，最后把绘制完成的目标-背景图像传送至光学投影装置。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)使用图像仿真机产生的图像序列来模拟弹-目相对运动，可以通过改变目标和背景参数实现多种环境的模拟，从而可以在不用实地试验的情况下验证电视导引头跟踪性能及弹载制导控制系统性能，同时能够有效地克服外场实验中由实体目标模拟所造成的巨大耗资，并且能够保证一定的仿真精度；(2)具有真实可靠、简单经济的优点，其无需采用多套投影设备，避免了各投影图像拼接所带来的问题，同时无需研制昂贵的五轴转台用于目标模拟器光学系统，有效地降低了设备和试验成本，易搭建、易改造；(3)目标和背景图像由仿真数据动态生成，因此较传统的动画和录像显示方式更灵活、更真实，还可以根据仿真需要更换目标和背景环境，有效地克服了外场实验背景环境不可更改的局限性；(4)可根据弹体姿态、弹目实际距离以及半实物仿真时安装在转台上的导引头与投影幕布的实际距离，实时动态生成目标的对应投影面积和大小，目标和场景模拟更加真实可信。
附图说明
图1为本发明图像导引头用目标及场景实时动态生成系统的结构示意图。
图2为本发明图像导引头用目标及场景实时动态生成方法的流程示意图。
图3为本发明中坐标投影变换的原理示意图。
图4为本发明实施例中图像仿真模块输出结果示意图。
具体实施方式
本发明图像导引头用目标及场景实时动态生成系统，包括图像仿真机和可见光目标模拟器，其中图像仿真机包括数据通信模块、数据解算模块和图像仿真模块，可见光目标模拟器包括主控计算机、三轴模拟转台和光学投影装置；
所述数据通信模块，实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
所述数据解算模块，将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
所述图像仿真模块，根据数据解算模块得到的弹-目相对运动视景信息，进行对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
所述光学投影装置由投影仪和投影幕布组成，通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像；
所述主控计算机，用于进行导弹动力学和运动学方程的实时解算，将时间信息和解算得到的导弹姿态参数发送至三轴模拟转台，并将时间信息和解算得到的导弹坐标参数与姿态参数发送至图像仿真机的数据通信模块；
所述三轴模拟转台，与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数。
进一步地，所述数据通信模块包括两种获取信息的方式，即来自本地数据文件以及图像仿真机端口数据的实时读取；所述图像仿真机端口数据的获取方式为通过RS-422串口通信协议高速获取主控计算机发送的参数。
一种图像导引头用目标及场景实时动态生成方法，包括以下步骤：
步骤1、三轴模拟转台与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数；
步骤2、数据通信模块通过实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
步骤3、数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
步骤4、图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
步骤5、光学投影装置通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像。
进一步地，步骤3所述的数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块，具体如下：
步骤3.1、初始化三轴模拟转台中心距离投影幕布的距离L1，三轴模拟转台中心距离导引头光学焦点的距离Lm，目标的真实二维物理尺寸(w,h)，w为目标宽度，h为目标高度；
步骤3.2、初始化目标在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000061
并根据目标运动速度
Figure BDA0002387813230000062
和时间不断更新目标在发射坐标系中的位置
Figure BDA0002387813230000063
Figure BDA0002387813230000064
Figure BDA0002387813230000065
Figure BDA0002387813230000066
步骤3.3、从数据通信模块获取时间tn，即第n次接收数据的时间；获取导弹在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000067
以及导弹的偏航角与俯仰角
Figure BDA0002387813230000068
步骤3.4、计算导弹导引头的光学焦点在发射坐标系中的坐标
Figure BDA0002387813230000069
步骤3.5、计算真实目标与投影幕布中显示的目标图像大小比例K，公式如下：
Figure BDA00023878132300000610
步骤3.6、以电视导引头为观察体进行透视投影变换，计算目标在投影幕布上的成像坐标(x,y)，公式如下：
Figure BDA0002387813230000071
Figure BDA0002387813230000072
步骤3.7、计算目标在投影幕布上的成像尺寸(w/K,h/K)。
进一步地，步骤4所述的图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置，具体如下：
步骤4.1、图像仿真模块根据接收到的弹-目相对运动视景信息，即目标在投影幕布上的成像面积和成像位置，通过软件调整目标图像和背景图像大小，并将目标图像在投影幕布上的位置转换到图像坐标系中；
步骤4.2、计算目标图像与背景图像的交并比IoU，具体如下：
Figure BDA0002387813230000073
其中A为目标图像，B为背景图像，∩为计算图像交集，∪为计算图像并集；
步骤4.2、若IoU等于0，表示目标超出背景图像范围，将背景图像传送至光学投影装置；若IoU大于0，则计算目标图像与背景图像的交集，并根据二者交集裁剪目标图像，然后将得到的目标图像绘制到背景图像中，最后把绘制完成的目标-背景图像传送至光学投影装置。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
结合图1，本发明一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统，包括图像仿真机和可见光目标模拟器，其中图像仿真机包括数据通信模块、数据解算模块和图像仿真模块，可见光目标模拟器包括主控计算机、三轴模拟转台和光学投影装置；该系统空间结构示意图如图1所示，将导弹固定于三轴模拟转台上，主控计算机通过光纤通信将计算得到的导弹姿态参数(俯仰角、偏航角、滚转角)发送至三轴模拟转台，控制三轴模拟转台模拟导弹飞行姿态并对投影幕布中的目标进行探测，获取导弹的体视线高低角α和体视线方位角β；同时主控计算机通过RS-422串口发送导弹姿态参数至图像仿真机，图像仿真机生成以导引头为观察点的“目标-背景”图像序列；投影仪通过HDMI接口接收图像仿真机发送的“目标-背景”图像序列，并投射到投影屏幕中以实现弹-目相对运动的模拟。
所述数据通信模块，通过实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
数据通信模块设计了两种获取信息的方式，即来自数据文件以及仿真机端口数据的实时读取，仿真机端口通过RS-422串口通信协议高速获取并解析主控计算机发送的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
所述数据解算模块，将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的成像面积和成像位置等弹-目相对运动的视景信息，并将所述的弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块。其中的坐标投影变换示意图如图3所示。
所述图像仿真模块，将数据解算模块得到的弹-目相对运动视景信息，通过软件进行对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置。
所述光学投影装置由投影仪和投影幕布组成，通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示“目标-背景”模拟图像；
所述主控计算机，用于进行导弹动力学和运动学方程的实时解算，将时间信息和解算得到的导弹姿态参数发送至三轴模拟转台，并将时间信息和解算得到的导弹坐标参数与姿态参数发送至图像仿真机的数据通信模块；
所述三轴模拟转台，与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数。
结合图2，一种图像导引头用目标及场景实时动态生成方法，包括以下步骤：
步骤1、三轴模拟转台与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数；
步骤2、数据通信模块通过实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
步骤3、数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块，具体如下：
步骤3.1、初始化三轴模拟转台中心距离投影幕布的距离L1，三轴模拟转台中心距离导引头光学焦点的距离Lm，目标的真实二维物理尺寸(w,h)，w为目标宽度，h为目标高度；
步骤3.2、初始化目标在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000091
并根据目标运动速度
Figure BDA0002387813230000092
和时间不断更新目标在发射坐标系中的位置
Figure BDA0002387813230000093
Figure BDA0002387813230000094
Figure BDA0002387813230000095
Figure BDA0002387813230000096
步骤3.3、从数据通信模块获取时间tn，即第n次接收数据的时间；获取导弹在发射坐标系下的坐标
Figure BDA0002387813230000097
以及导弹的偏航角与俯仰角
Figure BDA0002387813230000098
步骤3.4、计算导弹导引头的光学焦点在发射坐标系中的坐标，
Figure BDA0002387813230000099
步骤3.5、计算真实目标与投影幕布中显示的目标图像大小比例K，公式如下：
Figure BDA00023878132300000910
步骤3.6、以电视导引头为观察体进行透视投影变换，计算目标在投影幕布上的成像坐标，公式如下：
Figure BDA00023878132300000911
Figure BDA00023878132300000912
步骤3.7、计算目标在投影幕布上的成像尺寸为(w/K,h/K)。
步骤4、图像仿真模块将利用经过数据解算模块得到的弹-目相对运动视景信息，通过软件完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置，具体如下：
步骤4.1、图像仿真模块根据接收到的弹-目相对运动视景信息，即目标在投影幕布上的成像面积和成像位置，通过软件调整目标图像和背景图像大小，并将目标图像在投影幕布上的位置转换到图像坐标系中；
步骤4.2、计算目标图像与背景图像的IoU，具体如下：
Figure BDA0002387813230000101
其中A为目标图像，B为背景图像，∩为计算图像交集，∪为计算图像并集；
步骤4.3、若IoU等于0，表示目标超出背景图像范围，将背景图像传送至光学投影装置；若IoU大于0，则计算目标图像与背景图像的交集，并根据二者交集裁剪目标图像，然后将得到的目标图像绘制到背景图像中，最后把绘制完成的“目标-背景”图像传送至光学投影装置。
步骤5、光学投影装置通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示“目标-背景”模拟图像。
本实施例对导弹的图像引导头进行仿真，仿真模块输出结果如图4所示，分别为第2.20秒、4.32秒、4.72秒、4.98秒、5.18秒、5.24秒的仿真图像，其中参数设置如下：目标物理宽度为12米，物理高度为4米；目标在发射坐标系位置为(1000m,200m,0)，在发射坐标系中速度为(0,0,10m/s)；转台距离投影幕布的距离L1为3米，三轴模拟转台中心与导引头光学焦点距离为0.1米；导弹的坐标参数与姿态参数由主控计算机实时解算得到。
有仿真结果可以看出，本发明一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统与方法具有仿真精度高、仿真结果真实可靠、简单经济的优点，有效地降低了设备和试验成本，易搭建、易改造，并且可根据弹体姿态、弹目实际距离以及半实物仿真时安装在转台上的导引头与投影幕布的实际距离，实时动态生成目标的对应投影面积和大小，目标和场景模拟更加真实可信。

Claims (3)

1.一种图像导引头用目标及场景实时动态生成系统，其特征在于，包括图像仿真机和可见光目标模拟器，其中图像仿真机包括数据通信模块、数据解算模块和图像仿真模块，可见光目标模拟器包括主控计算机、三轴模拟转台和光学投影装置；
所述数据通信模块，实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
所述数据解算模块，将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
所述图像仿真模块，根据数据解算模块得到的弹-目相对运动视景信息，进行对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
所述光学投影装置由投影仪和投影幕布组成，通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像；
所述主控计算机，用于进行导弹动力学和运动学方程的实时解算，将时间信息和解算得到的导弹姿态参数发送至三轴模拟转台，并将时间信息和解算得到的导弹坐标参数与姿态参数发送至图像仿真机的数据通信模块；
所述三轴模拟转台，与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数；
数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块，具体如下：
步骤3.1、初始化三轴模拟转台中心距离投影幕布的距离L1，三轴模拟转台中心距离导引头光学焦点的距离Lm，目标的真实二维物理尺寸(w,h)，w为目标宽度，h为目标高度；
步骤3.2、初始化目标在发射坐标系下的坐标
Figure FDA0003703700770000011
并根据目标运动速度
Figure FDA0003703700770000012
和时间不断更新目标在发射坐标系中的位置
Figure FDA0003703700770000013
Figure FDA0003703700770000021
Figure FDA0003703700770000022
Figure FDA0003703700770000023
步骤3.3、从数据通信模块获取时间tn，即第n次接收数据的时间；获取导弹在发射坐标系下的坐标
Figure FDA0003703700770000024
以及导弹的偏航角与俯仰角
Figure FDA0003703700770000025
步骤3.4、计算导弹导引头的光学焦点在发射坐标系中的坐标
Figure FDA0003703700770000026
步骤3.5、计算真实目标与投影幕布中显示的目标图像大小比例K，公式如下：
Figure FDA0003703700770000027
步骤3.6、以电视导引头为观察体进行透视投影变换，计算目标在投影幕布上的成像坐标(x,y)，公式如下：
Figure FDA0003703700770000028
Figure FDA0003703700770000029
步骤3.7、计算目标在投影幕布上的成像尺寸(w/K,h/K)；
图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置，具体如下：
步骤4.1、图像仿真模块根据接收到的弹-目相对运动视景信息，即目标在投影幕布上的成像面积和成像位置，通过软件调整目标图像和背景图像大小，并将目标图像在投影幕布上的位置转换到图像坐标系中；
步骤4.2、计算目标图像与背景图像的交并比IoU，具体如下：
Figure FDA00037037007700000210
其中A为目标图像，B为背景图像，∩为计算图像交集，∪为计算图像并集；
步骤4.3 、若IoU等于0，表示目标超出背景图像范围，将背景图像传送至光学投影装置；若IoU大于0，则计算目标图像与背景图像的交集，并根据二者交集裁剪目标图像，然后将得到的目标图像绘制到背景图像中，最后把绘制完成的目标-背景图像传送至光学投影装置。
2.根据权利要求1所述的图像导引头用目标及场景实时动态生成系统，其特征在于，所述数据通信模块包括两种获取信息的方式，即来自本地数据文件以及图像仿真机端口数据的实时读取；所述图像仿真机端口数据的获取方式为通过RS-422串口通信协议高速获取主控计算机发送的参数。
3.一种图像导引头用目标及场景实时动态生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、三轴模拟转台与导弹固定连接，通过三轴模拟转台模拟导弹在空中飞行时绕自身体轴坐标系旋转的姿态运动，同时通过光学投影装置获取高低和方位两个方向的目标视线角运动参数；
步骤2、数据通信模块通过实时解析主控计算机传送来的数据包，包括数据帧头、时间信息、导弹位置坐标和姿态参数以及数据帧尾，并将得到的时间和导弹运动参数传送给数据解算模块；
步骤3、数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块；
步骤4、图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置；
步骤5、光学投影装置通过HDMI接口接收图像仿真机生成的图像数据，并实时显示目标-背景的模拟图像；
步骤3所述的数据解算模块将数据通信模块传递过来的时间和导弹运动参数，经过坐标投影变换为目标相对导弹导引头的运动参数，计算目标在投影幕布上的弹-目相对运动的视景信息，并将弹-目相对运动视景信息传递给图像仿真模块，具体如下：
步骤3.1、初始化三轴模拟转台中心距离投影幕布的距离L1，三轴模拟转台中心距离导引头光学焦点的距离Lm，目标的真实二维物理尺寸(w,h)，w为目标宽度，h为目标高度；
步骤3.2、初始化目标在发射坐标系下的坐标
Figure FDA0003703700770000031
并根据目标运动速度
Figure FDA0003703700770000041
和时间不断更新目标在发射坐标系中的位置
Figure FDA0003703700770000042
Figure FDA0003703700770000043
Figure FDA0003703700770000044
Figure FDA0003703700770000045
步骤3.3、从数据通信模块获取时间tn，即第n次接收数据的时间；获取导弹在发射坐标系下的坐标
Figure FDA0003703700770000046
以及导弹的偏航角与俯仰角
Figure FDA0003703700770000047
步骤3.4、计算导弹导引头的光学焦点在发射坐标系中的坐标
Figure FDA0003703700770000048
步骤3.5、计算真实目标与投影幕布中显示的目标图像大小比例K，公式如下：
Figure FDA0003703700770000049
步骤3.6、以电视导引头为观察体进行透视投影变换，计算目标在投影幕布上的成像坐标(x,y)，公式如下：
Figure FDA00037037007700000410
Figure FDA00037037007700000411
步骤3.7、计算目标在投影幕布上的成像尺寸(w/K,h/K)；
步骤4所述的图像仿真模块利用弹-目相对运动视景信息，完成对弹-目相对运动视景信息的二维投影绘制，从而得到图像仿真结果，并将仿真得到的图像数据传送至光学投影装置，具体如下：
步骤4.1、图像仿真模块根据接收到的弹-目相对运动视景信息，即目标在投影幕布上的成像面积和成像位置，通过软件调整目标图像和背景图像大小，并将目标图像在投影幕布上的位置转换到图像坐标系中；
步骤4.2、计算目标图像与背景图像的交并比IoU，具体如下：
Figure FDA00037037007700000412
其中A为目标图像，B为背景图像，∩为计算图像交集，∪为计算图像并集；
步骤4.3 、若IoU等于0，表示目标超出背景图像范围，将背景图像传送至光学投影装置；若IoU大于0，则计算目标图像与背景图像的交集，并根据二者交集裁剪目标图像，然后将得到的目标图像绘制到背景图像中，最后把绘制完成的目标-背景图像传送至光学投影装置。
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