CN113313744B - 一种无人飞行器高度及位置显示方法 - Google Patents

一种无人飞行器高度及位置显示方法 Download PDF

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Abstract

为解决传统无人飞行器地面站无法直观反映无人飞行器所在高度的问题，本发明提出了一种无人飞行器高度及位置显示方法。该方法首先利用无人飞行器挂载的照相机对无人飞行器所在的地面位置进行拍摄，获得地面图像，然后根据无人飞行器高度传感器获得高度数据，根据所获得的地面图像及高度数据计算生成多幅表示飞行器位置的视差图像，在多幅表示飞行器位置的视差图像中分别计算并添加飞行器图标，多幅添加了飞行器图标的视差图像用于裸眼立体3D显示，从而本发明可以使得地面站能直观反映无人飞行器所在的高度及位置信息。

Description

一种无人飞行器高度及位置显示方法
技术领域
本发明属于立体显示技术领域，更具体地说，本发明涉及一种无人飞行器高度及位置显示方法。
背景技术
无人飞行器地面站一般带有显示装置，其可对无人飞行器的所在位置进行显示。然而，通常其显示部件采用2D显示器件，无法直观反映无人飞行器所在高度。因此，本发明提出了一种无人飞行器高度及位置显示方法。该方法首先利用无人飞行器挂载的照相机对无人飞行器所在的地面位置进行拍摄，获得地面图像，然后根据无人飞行器高度传感器获得高度数据，根据所获得的地面图像及高度数据计算生成多幅表示飞行器位置的视差图像，在多幅表示飞行器位置的视差图像中分别计算并添加飞行器图标，多幅添加了飞行器图标的视差图像用于裸眼立体3D显示，从而本发明可以使得地面站能直观反映无人飞行器所在的高度及位置信息。
发明内容
为解决无人飞行器地面站无法直观显示无人飞行器所在位置的问题，本发明提出了一种无人飞行器高度位置显示方法。
该无人飞行器高度位置显示方法在硬件方面于无人飞行器上设置有照相机及高度传感器，于地面站上设置有裸眼立体3D显示器。
照相机朝地面方向进行拍照，拍摄并获得一幅地面图像，无人飞行器在地面的垂直投影位置应处于该地面图像视场之中。
高度传感器记录图像拍摄时无人飞行器的高度数据。
本无人飞行器高度及位置显示方法按照以下步骤形成无人飞行器所在的高度及位置信息的直观显示。
第一步，根据所获得的地面图像及高度数据计算生成多幅表示无人飞行器位置的视差图像。
裸眼立体3D显示器的最佳观看距离为d 1，地平面在裸眼立体3D显示器中显示的深度为d 2，裸眼立体3D显示器的宽度为w，裸眼立体3D显示器的视点间距为v，裸眼立体3D显示器显示的视差合成图像的分辨率为m行×n列，则左视差图像以地面图像向左移动s 1/2距离方式生成，右视差图像以地面图像向右移动s 1/2距离方式生成，移动每单位距离折合n/w像素。 其中，s 1=v×d 2/(d 1+d 2)。
可选的，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则与左视点以左的第k个视点对应的视差图像以地面图像向左移动s 1(1/2+k)距离方式生成；与右视点以右的第j个视点对应的视差图像以地面图像向右移动s 1(1/2+j)距离方式生成。
第二步，在多幅表示无人飞行器位置的视差图像中分别计算并添加飞行器图标。
设无人飞行器的高度为h，裸眼立体3D显示器所在平面用于表示高度为r的空间位置，则当h≤r时，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像。其中，s 2=v×(d 2×(r-h)/r)/(d 2×(r-h)/r+d 1)，其中r为一常数，移动每单位距离折合n/w像素。
可选的，当h≤r时，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则左视点以左的第k个视点对应的视差图像中，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1-s 2)×(1/2+k)距离方式添加飞行器图标；右视点以右的第j个视点对应的视差图像中，以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1-s 2)×(1/2+j)距离方式添加飞行器图标。
当h＞r时，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像。其中，s 4=v×(d 2×(h-r)/r)/(d 1-d 2×(h-r)/r)，其中r为一常数，移动每单位距离折合n/w像素。
可选的，当h＞r时，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则左视点以左的第k个视点对应的视差图像中，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1+s 4)×(1/2+k)距离方式添加飞行器图标；右视点以右的第j个视点对应的视差图像中，以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1+s 4)×(1/2+j)距离方式添加飞行器图标。
可选的，r是h的正函数。
第三步，合成视差图像并用于立体显示。
上述多幅添加飞行器图标的视差图像按照常规方法进行合成，并通过裸眼立体3D显示器进行显示，此时，左视点可以看到添加飞行器图标的左视差图像，右视点可以看到添加飞行器图标的右视差图像，飞行器图标与地面处于不同立体显示深度，从而产生立体视觉。
综上所述，本发明可以生成带有无人飞行器位置及高度信息的视差图像，因无人飞行器在视差图像中的左右原点位置包含了无人飞行器的位置信息，且不同视差图像中无人飞行器的视差表示了无人飞行器的高度信息，其供裸眼立体3D显示器进行显示后，本发明可以使得地面站能直观反映无人飞行器所在的高度及位置信息。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的原理示意图。
图标：100-无人飞行器；200-照相机；300-裸眼立体3D显示器；400-地平面；210-地面图像视场；410-无人飞行器在地面的垂直投影位置；401-裸眼立体3D显示器显示的地平面；411-裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置；501-飞行器第一高度位置；502-飞行器第二高度位置；503-飞行器第三高度位置；301-左视点；302-右视点。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的无人飞行器高度位置显示方法的结构示意图。该无人飞行器高度位置显示方法在硬件方面于无人飞行器100上设置有照相机200及高度传感器，于地面站上设置有裸眼立体3D显示器300。其中，高度传感器由北斗系统实现，裸眼立体3D显示器300采用常规两视点柱透镜光栅3D显示器，图1中的裸眼立体3D显示器300的竖条纹为在水平方向上排列的竖直柱透镜光栅。
照相机200朝地面方向进行拍照，拍摄并获得一幅地面图像，无人飞行器在地面的垂直投影位置410处于该地面图像视场210之中。
高度传感器通过常规手段记录图像拍摄时无人飞行器的高度数据。
请参考图2，本无人飞行器高度及位置显示方法按照以下步骤形成无人飞行器100所在的高度及位置信息的直观显示。图中已标注裸眼立体3D显示器显示的地平面401、裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411、飞行器第一高度位置501、飞行器第二高度位置502、飞行器第三高度位置503、左视点301位置及右视点302位置。
第一步，根据所获得的地面图像及高度数据计算生成多幅表示无人飞行器100位置的视差图像。
具体的，裸眼立体3D显示器的最佳观看距离d 1为60 cm，地平面400在裸眼立体3D显示器中显示的深度d 2为10 cm，裸眼立体3D显示器的宽度w为40 cm，裸眼立体3D显示器的视点间距v为65 mm，裸眼立体3D显示器显示的视差合成图像的分辨率为m行×n列，其中m=1080， n=1920，则左视差图像以地面图像向左移动s 1/2距离方式生成，右视差图像以地面图像向右移动s 1/2距离方式生成，其中s 1= 0.92857 cm，其满足s 1=v×d 2/(d 1+d 2)。移动每单位距离折合n/w像素，其中n/w=48 像素/cm。则最终，左视差图像以地面图像所有像素向左移动22像素方式生成，右视差图像以地面图像所有像素像右移动22像素方式生成。
其原理为，当裸眼立体3D显示器显示的地平面401上的任意一点在左视差图像及右视差图像应存在视差，以裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411为例，左视差图像中，该点应显示于左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点；右视差图像中，该点应显示于右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点，其总的视差大小应为s 1，因此，当飞行器左视差图像以地面图像向左移动s 1/2距离方式生成，右视差图像以地面图像向右移动s 1/2距离方式生成。
第二步，在多幅表示无人飞行器100位置的视差图像中分别计算并添加飞行器图标。
设无人飞行器100的高度为h，裸眼立体3D显示器300所在平面用于表示高度r为200 m的空间位置，则当h≤r时，以左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像。其中，s 1=0.92857 cm，s 2= 65×(200-h)/200)/(10×(200-h)/200+60) cm， 其满足s 2=v×(d 2×(r-h)/r)/(d 2×(r-h)/r+d 1)，移动距离折合48像素/cm。具体的，若h=120m，则有，(s 1-s 2)/2=0.26116 cm， 折合12像素。 此时，飞行器图标显示于裸眼立体3D显示器显示的地平面401以上5.90 cm位置处。
其原理为，当无人飞行器100处于地平面400时，左右视差图像中飞行器图标均应显示于裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411。则左视差图像中，飞行器图标应添加于左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点；右视差图像中，飞行器图标应添加于右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点。当无人飞行器100高于地平面400时，其相对于地平面400将产生视差，请参考图2，以无人飞行器100处于飞行器第一高度位置501为例，其飞行器图标在左视差图像中的位置应是左视点301到飞行器第一高度位置501直线与裸眼立体3D显示器300的交点，该交点位于左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点以右(s 1-s 2)/2位置处；同理，在右视差图像中的位置应是右视点302到飞行器第一高度位置501直线与裸眼立体3D显示器300的交点，该交点位于右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点以左(s 1-s 2)/2位置处。进一步的，若h=200m，即无人飞行器100位于飞行器第二高度位置502处，则有s 2=0。
当h＞r时，以左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411直线与裸眼立体3D显示器300的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像。其中，其中，s 1=0.92857 cm，s 4= 65×(h-200)/200)/( 60-10×(h-200)/200) cm，其中s 4满足s 4=v×(d 2×(h-r)/r)/(d 1-d 2×(h-r)/r)，移动距离折合48像素/cm。具体的，若h=300m，则有(s 1+s 4)/2=0.75974 cm， 折合36像素。此时，此时，飞行器图标显示于裸眼立体3D显示器显示的地平面401以上14.94 cm位置处。
其原理为，以无人飞行器100处于飞行器第三高度位置503为例，其飞行器图标在左视差图像中的位置应是左视点301到飞行器第三高度位置503直线与裸眼立体3D显示器300的交点，该交点位于左视点301到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点以右(s 1+s 4)/2位置处；同理，在右视差图像中的位置应是右视点302到飞行器第三高度位置503直线与裸眼立体3D显示器300的交点，该交点位于右视点302到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置411与裸眼立体3D显示器300的交点以左(s 1+s 4)/2位置处。
第三步，合成视差图像并用于立体显示。
上述多幅添加飞行器图标的视差图像按照常规方法进行合成，并通过裸眼立体3D显示器300进行显示，此时，左视点301可以看到添加飞行器图标的左视差图像，右视点302可以看到添加飞行器图标的右视差图像，飞行器图标与地面处于不同立体显示深度，从而产生立体视觉。
综上所述，本发明可以生成带有无人飞行器100位置及高度信息的视差图像，因无人飞行器100在视差图像中的左右原点位置包含了无人飞行器100的位置信息，且不同视差图像中无人飞行器100的视差表示了无人飞行器100的高度信息，其供裸眼立体3D显示器300进行显示后，本发明可以使得地面站能直观反映无人飞行器100所在的高度及位置信息。

Claims (5)

1.一种无人飞行器高度及位置显示方法，其特征在于：该无人飞行器高度及位置显示方法在硬件方面于无人飞行器上设置有照相机及高度传感器，于地面站上设置有裸眼立体3D显示器；照相机朝地面方向进行拍照，拍摄并获得一幅地面图像，无人飞行器在地面的垂直投影位置处于该地面图像视场之中；高度传感器记录图像拍摄时无人飞行器的高度数据；
本无人飞行器高度及位置显示方法按照以下步骤形成无人飞行器所在的高度及位置信息的直观显示：
第一步，根据所获得的地面图像及高度数据计算生成多幅表示无人飞行器位置的视差图像，裸眼立体3D显示器的最佳观看距离为d 1，地面在裸眼立体3D显示器中显示的深度为d 2，裸眼立体3D显示器的宽度为w，裸眼立体3D显示器的视点间距为v，裸眼立体3D显示器显示的视差合成图像的分辨率为m行×n列，则左视差图像以地面图像向左移动s 1/2距离方式生成，右视差图像以地面图像向右移动s 1/2距离方式生成，移动每单位距离折合n/w像素，其中，s 1=v×d 2/(d 1+d 2)；
第二步，在多幅表示无人飞行器位置的视差图像中分别计算并添加飞行器图标，设无人飞行器的高度为h，裸眼立体3D显示器所在平面用于表示高度为r的空间位置，当h≤r时，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1-s 2)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像，其中，s 2=v×(d 2×(r-h)/r)/(d 2×(r-h)/r+d 1)，其中r为一常数，移动每单位距离折合n/w像素；当h＞r时，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的左视差图像；以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1+s 4)/2距离方式添加飞行器图标，生成添加飞行器图标的右视差图像，其中，s 4=v×(d 2×(h-r)/r)/(d 1-d 2×(h-r)/r)，其中r为一常数，移动每单位距离折合n/w像素；
第三步，合成视差图像并用于立体显示，上述多幅添加飞行器图标的视差图像按照常规方法进行合成，并通过裸眼立体3D显示器进行显示，左视点可以看到添加飞行器图标的左视差图像，右视点可以看到添加飞行器图标的右视差图像，飞行器图标与地面处于不同立体显示深度。
2.如权利要求1所述的无人飞行器高度及位置显示方法，其特征在于：第一步中，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则与左视点以左的第k个视点对应的视差图像以地面图像向左移动s 1(1/2+k)距离方式生成；与右视点以右的第j个视点对应的视差图像以地面图像向右移动s 1(1/2+j)距离方式生成。
3.如权利要求1所述的无人飞行器高度及位置显示方法，其特征在于：第二步中，当h≤r时，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则左视点以左的第k个视点对应的视差图像中，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1-s 2)×(1/2+k)距离方式添加飞行器图标；右视点以右的第j个视点对应的视差图像中，以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1-s 2)×(1/2+j)距离方式添加飞行器图标。
4.如权利要求1所述的无人飞行器高度及位置显示方法，其特征在于：第二步中，当h＞r时，若裸眼立体3D显示器存在更多视点，则左视点以左的第k个视点对应的视差图像中，以左视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为左原点，向左原点右侧移动(s 1+s 4)×(1/2+k)距离方式添加飞行器图标；右视点以右的第j个视点对应的视差图像中，以右视点到裸眼立体3D显示器显示的无人飞行器的垂直投影位置直线与裸眼立体3D显示器的交点为右原点，向右原点左侧移动(s 1+s 4)×(1/2+j)距离方式添加飞行器图标。
5.如权利要求1所述的无人飞行器高度及位置显示方法，其特征在于：r由常数替换为h的正函数。
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