CN1250165A - 三维雷达装置以及用于显示三维雷达图像的方法 - Google Patents

Abstract

所公开的是一种三维雷达装置,包括一个雷达发射/接收单元(14),一个三维多边形产生单元(16),以及一个三维图形单元(18),其中,一部雷达发射机/接收机(20),输出基于从一个目标那里反射回来的无线电波的、涉及方向信息、距离信息以及接收强度信息的诸信号,以及一个扫描变换器(22),它被用来将涉及方向信息、距离信息以及接收强度信息的诸信号变换为二维雷达图像数据,后者包括每一个图像元素的二维直角坐标以及亮度信息。

Description

三维雷达装置以及用于显示三维雷达图像的方法

本发明涉及一种三维雷达装置，例如，它被安装在一艘船舶之上，并且最好是(被用来)检测一个目标。本发明也涉及一种用于显示三维雷达图像的方法。特别是，本发明涉及一种三维雷达装置以及一种用于显示一帧三维雷达图像的方法，在其中，如同通过一部常规雷达装置那样，被转换为二维直角坐标(X，Y)的图像数据，被转换为在其亮度数值基础上增加了高度方向(Z轴)的图像数据(X，Y，Z)，以便进行三维图形处理，并且三维图像处理跟二维图像显示操作一起进行，使得在一个显示装置上产生容易被一个操作员用视觉方法识别的显示。

到目前为止，已经在一艘船舶上安装了一部雷达装置。当该船舶被导航时，该船舶通过使用雷达装置，沿着导航路线一边观察目标位置，一边航行。因此，该船舶被安全地导航。正如在业界中人所共知的那样，这样一部雷达装置按照如下所述的步骤运行。那就是，从一组旋转着的天线发射的无线电波被一个目标反射回来。反射的无线电波被接收，并在一个显示单元上显示出以其本身的位置为中心而描绘的一帧同心圆图像。

在这样一个系统中，例如，在光栅扫描类型的显示单元的一个荧光屏上，反射无线电波的强度被显示为该目标所在的一个点处的亮度差。

当使用这样一部雷达装置时，在其导航和停泊过程中，有可能观察到一艘接近一艘主体船舶的航行中的客体船舶。还有，有可能在来自一个固定的反射目标的反射无线电波的基础上，去监测主体船舶是否例如由于潮汐偏离了一个停泊位置。

一般来说，当为该船舶雷达装置而装备的一个显示单元被运行时，在荧光屏上的目标点以一种二维设计方式被显示，如同在一幅平面图上那样，在该图中，例如，并没有在目标高度的基础上显示该图像。依赖于在来自目标的反射无线电波的强度的基础上显示于荧光屏上的每一个目标像素的亮度来对目标的高度和大小作出判断。

因此，对显示于雷达荧光屏上的目标大小的判断因雷达装置的操作员的不同而不同，这就带来了一种不方便。若针对目标的大小和高度而采用基于来自目标的反射无线电波的强度的任何数字的表达式来避免上述的不方便，则如同在一般图像数据中的情形那样，需要处理大量的数据。其结果是，当雷达操作员对所显示的数字信息作出判断时，由于雷达操作员难以用视觉方法简便地一眼就识别出目标的大小和高度，这又带来了另一种不方便。

为了解决上述问题，本申请已经提出了一种可能在一个显示单元的荧光屏上以三维方式显示一个目标的雷达装置，使得，例如，即使一个不太习惯于雷达观测的使用者，也能有效地发现目标(见日本专利公报第8-30732号)。

在本专利文件中所公开的用三维方式设计的显示雷达包括一个雷达发射/接收单元，用于导出分别地来自一个目标的方向信息、距离信息以及接收强度信息；一个显示装置；一个以三维方式设计的坐标变换器，它根据透视投影的描绘方法，将方向信息以及距离信息变换为XY坐标数值，并将接收强度信息变换为一个信号，该信号用一根直线的长度来指示目标高度；一个标记产生装置，当在显示装置的一个荧光屏上进行三维显示时，用以发出一个格子形或同心圆形距离标记信号；以及一个存储装置，它备有对应于显示装置的每一个图像元素的一个存储地址，当进行以三维方式设计的显示时，它将接收强度信息存储到对应于从以三维方式设计的坐标变换器中所获得的XY坐标的存储地址中去，同时存储该标记信号，使得它们被成功地读出，以便将一组图像信号送往显示装置。

在所公开的用三维方式设计的显示雷达中，基于透视投影的描绘方法，将从雷达发射机/接收机那里获得的方向信息和距离信息变换为XY坐标数值，并将接收强度信息变换为一个信号，该信号用一根直线的长度来指示目标高度，以便在显示装置上进行显示。

因此，在上述专利文件中所公开的用三维方式设计的显示雷达不是运行于这样的方式，使得通过使用雷达装置来观测的目标以一种真实的形状来显示，即，作为在三维图形(计算机图形)中的一帧真实的图像来显示。

本发明已经考虑到前面的各种问题，本发明的一个目标就是提供一种三维雷达装置以及一种用于显示三维雷达图像的方法，其中，由该雷达装置所观测的一个目标可以简便地被一个操作员用视觉方法加以识别，如同一种三维的真实形状那样。

通过下面的结合诸附图的叙述，将使本发明的上述和其他目标、特征和优点变得更加明显，在附图中，借助于图解的实例来展示本发明的一个优选实施例。

图1表示一份电路方框图，说明根据本发明的三维雷达装置的一个实施例的设计安排；

图2以图解方式说明一个扫描变换器的工作情况；

图3表示一份流程图，说明一种用于准备三维图像数据的一般处理过程；

图4以图解方式说明一种用于显示一个目标的一帧三维图像的方法；

图5以图解方式说明在几何变换处理中所实行的阴影处理；

图6以图解方式说明在几何变换处理中所实行的阴影处理；

图7说明在描绘处理中的多边形填充处理；

图8说明一帧二维雷达图像的一种格子形设计安排；

图9表示一份平面图，用以说明从二维雷达图像数据中准备的多边形数据；

图10表示一份透视图，用以说明从二维雷达图像数据中准备的多边形数据；

图11以图解方式说明用于将一帧三维雷达图像跟一帧三维地图图像重叠在一起的帧缓冲存储器的一种设计安排；

图12概念性地说明将一帧二维雷达图像、一帧三维雷达图像，以及一帧三维地图图像组合在一起，以便同时显示它们的处理过程；

图13说明一个显示实例，在此实例中，一帧二维雷达图像、一帧三维雷达图像，以及一帧三维地图图像被同时显示。

下一步，借助于诸优选实施例对根据本发明的三维雷达装置进行解释，下面参照诸附图详细地加以描述。

图1表示根据本发明的一个实施例的三维雷达装置10的一种设计安排。

三维雷达装置10基本上包括一个雷达发射/接收单元14，它具有一种实质上等效于通常的二维雷达发射/接收单元的功能，一个显示单元15，用于显示由雷达发射/接收单元14获得的雷达图像数据，一个三维多边形产生单元16，以及一个三维图形单元18，用于将由雷达发射/接收单元14获得的二维图像数据转换为三维图像数据。

雷达发射/接收单元14包括一组天线12，用于发射/接收跟一个目标有关的无线电波，一个发射机/接收机20，用于获得一个距离信号Sr，一个方向信号Sθ，以及借助于天线12从目标处获得的一组反射无线电波的强度信号Sb，以及一个扫描变换器22，用于在距离信号Sr以及方向信号Sθ的基础上将目标的位置转换为二维直角坐标(X，Y)，以及将目标的高度转换为对应于强度信号Sb的亮度信息，以便转换为待显示的各自的图像元素数据，即，二维雷达图像数据。

显示单元15包括一个帧存储器24，后者又包括用于积累图像数据的诸帧存储器24a，24b，以及一个基于光栅扫描的显示装置26。一个输入装置27，例如一个键盘，它被连接到显示单元15，它被用于例如选择显示输出格式。

三维多边形产生单元16包括一个多边形处理部件30，用于对由扫描变换器22所转换的二维雷达图像数据中的各自的图像元素数据(X，Y，Bxy)进行多边形产生处理，以及一个多边形缓冲存储器34，用于保存由多边形处理部件30所处理的多边形数据。

三维图形单元18包括一个几何变换处理部件40，用于向多边形数据施加几何变换，例如坐标变换，一个描绘处理部件42，用于进行图形处理，例如隐藏表面的处理，以及一个帧缓冲存储器44，用于保存三维雷达图像数据。

一个常规的计算机图形系统包括一个微处理器以及一种人所共知的图像处理软件，该软件可以被应用于三维多边形产生单元16以及三维图形单元18。

一个地图数据库28被连接到三维多边形产生单元16。一个参数输入单元38以及一个基于使用全球定位系统(GPS定位系统)卫星的定位系统(GPS定位系统)45被连接到三维图形部件18。

下一步，将对按照上述方式建造的三维雷达装置10的功能进行说明。

发射机/接收机20是一种众所周知的雷达发射机/接收机，正如作为上述常规技术已在日本专利公报第8-30732号中所公开的那样，每一个都包括一个未示出的电动机，用于使天线12旋转，一个编码器被耦合到电动机的一根旋转轴上，一个发射触发脉冲产生器，一部通过天线12以预定频率发送一组发射信号的发射机，一部被连接到天线12的接收机，用于接收从目标反射的无线电波，一个A/D转换器，用于将接收机的输出信号数字化，以及一个距离测量定时器，它被连接到发射触发脉冲产生器。

天线12在电动机的驱动下在水平平面上产生旋转。从编码器输出方向信号Sθ，它表示跟例如一艘船舶的船首的一个动目标有关的天线12的方向信息(θ)，并且它被输入到扫描变换器22。

从发射触发脉冲产生器输出的一个发射触发脉冲被输入到发射机。发射触发脉冲允许由如磁控管的振荡器产生的发射脉冲经由天线12从该发射机辐射出去。

从天线12辐射出去的发射脉冲信号被未示出的目标反射回来。接收机经由天线12接收从目标反射回来的无线电波。表示从接收机输出的接收信号的幅度数值的强度信号Sb，即，反射无线电波的接收强度信息，被A/D转换器转换为一组数字信号，它被输入到扫描变换器22。

发射触发脉冲产生器的发射触发脉冲输出也被输送到距离测量定时器。距离测量定时器测出从输送触发脉冲信号的时间点到接收机接收到反射的无线电波之间所经历的时间。所经历时间与所发射的无线电波的传输速度的乘积的一半，即，关于目标距离的信息被转换为一组数字信号，它被用来作为待输入到扫描变换器22的一个距离信号Sr。由距离测量定时器实施的测量距离的操作，通过检测所经过的时间得以完成，这个时间表示通过使用，例如，一个开关，事先设定的最大测量距离。

现在来说明强度信号Sb。普通船用雷达的天线12的方向性被设置成这样，使得在许多情况下，水平方向上波束的宽度约为2°，垂直方向上的波束宽度约为25°。因此，提供了一个带状的波束。该波束的截面在水平方向上是窄的，而在垂直方向上则是宽的。

相应地，当位于一个短距离处的目标被发现时，跟来自一个具有一个宽的水平宽度以及一个低的高度的目标的反射无线电波相比，从一个具有一个宽的水平宽度以及一个高的高度的目标所反射的无线电波由于其巨大的反射面积而具有发射无线电波的一个较大的强度。因此，在显示操作中，当接收信号的强度被用来作为亮度信息时，关于目标高度的信息可以被表示为在显示装置26上的二维图像显示的亮度差。

如上所述，通过发射机/接收机20获得的方向信号Sθ，强度信号Sb，以及距离信号Sr被送往扫描变换器22。扫描变换器22是人所共知的用于二维雷达装置的那一种，方向信号Sθ以及距离信号Sr均被输入其中。用极坐标系统表示的目标位置(R，θ)被变换为在基于光栅扫描系统的显示装置26中的对应于二维直角坐标(X，Y)的信号。

现在参照图2来说明这个操作。图2中的参考符号S表示采用光栅扫描系统的扫描变换器22的显示荧光屏。参考符号C表示一个半径为Rmax的圆，它代表该雷达的距离测量范围。线段BB’表示通过显示荧光屏S的中心O的X轴，线段AA’表示通过显示荧光屏S的中心O的Y轴，并且中心O表示主体船舶的位置。

当天线12从主体船舶位置以相对于船首方向(沿着线段AA’的方向A)转了一个角度θ的方向辐射无线电波时，无线电波沿着半径Rmax行进。扫描变换器22对沿着线段ORmax排列的每一个图像元素的X坐标值和Y坐标值进行计算。例如，目标(R，θ)的图像元素的X坐标和Y坐标分别地被表示为Rsinθ和Rcosθ。在这个处理过程中，为了表示相关图像元素的高度，根据每一个相关的图像元素的强度信号Sb的大小来计算对应的亮度信息Bxy。

代表显示荧光屏上图像元素的X坐标和Y坐标的数值的数据，以及如上所述由扫描变换器22计算的亮度信息Bxy数据，作为二维图像数据被送往显示单元15，并且它们被存储在帧存储器24里面，例如，在帧存储器24a里面。显示单元15从帧存储器24中读出图像数据，以便在显示装置26的荧光屏上加以显示。

在这个实施例中，显示单元15的帧存储器24具有帧存储器24a(简单地称为“区域”，将在后面加以描述)，它被用来作为针对二维图像数据的一个存储区域，并且帧存储器24b(简单地称为“区域”，将在后面加以描述)，它被用来作为针对用下述方法获得的三维图像显示的一个存储区域。显示单元15基于，例如，由输入装置27产生的显示格式的指定，可以进行如下的操作。那就是，有可能去读出从存储在帧存储器24a中的图像以及存储在帧存储器24b中的图像二者中选出的一个，或者两者都读出。可以选择性地从显示装置26的全屏幕中描绘诸图像中的一个。另一种处理方法是，当在显示装置26的荧光屏上进行划分时，两种图像都可以同时地被描绘(以一种事先安排的方式被描绘)。

另一方面，由扫描变换器22所计算的二维雷达图像数据被输入到三维多边形产生单元16，以便在三维多边形产生单元16中进行多边形产生处理过程。在三维图形单元18中，基于经过多边形处理后的图像数据去准备三维雷达图像数据。

现在，基于图3所示的一份流程图来说明用于显示三维图像的一般的多边形产生处理过程以及三维图形处理过程。

当为处于图像空间中的每一个图像元素进行投影变换时，为了准备一帧图像需要进行大量的计算处理。因此，在通常情况下，待显示的数据被当作几何模型或多边形数据来进行处理，使得该数据被三维多边形产生单元16所保持以便进行处理(步骤S1)。在几何模型的情况下，考虑到处理速度，将数据分解为待保存的细小的多边形是有利的。通常，诸多边形是三边的或四边的原型，并且数据作为其中的一个集合而被保存。

为了显示三维图像，如图4所示，采用了下列的基本技术。那就是，诸目标4a，4b被投影到靠近在一个随意位置上设置的一个视点4d的一个二维表面(被称为“图像空间”)4e之上，从实际的诸目标4a，4b被安排在其中的该空间(被称为“目标空间”)4c中获得一帧二维图像，它被描绘在显示器表面上。

用于进行投影处理的步骤就是几何变换处理(步骤S2)。一般来说，在几何变换处理(步骤S2)中，每当诸如视点位置那样的参数发生改变时，都需要重新进行投影计算。计算处理时间随诸目标的数目以及为近似该目标所需的多边形的数目的不同而不同。视点位置的运动等效于目标的运动。因此，在实际处理中，进行基于由表达式(1)所表示的矩阵的坐标变换的计算处理，包括。例如，目标(或多边形)坐标的旋转、平移以及放大。 $\[x,y,z,1\]\left[\begin{array}{cccc}a& b& c& d\\ e& f& g& h\\ i& j& k& l\\ m& o& p& q\end{array}\right]=\[X,Y,Z,1\]---\left(1\right)$

在表达式(1)中，[x，y，z]表示待变换的诸坐标，”a”到“g”表示变换矩阵的诸元素，并且[X，Y，Z]表示变换后的诸坐标。

如上所述，当为处于图像空间4e中的每一个图像元素进行投影变换时，为了准备一帧图像需要进行大量的计算处理。因此，一般来说，通过仅对多边形的顶点坐标进行投影变换，可以减少计算处理的工作量。

在几何变换处理(步骤S2)中，正如图5和6所示的下一个处理步骤那样，在投影变换之后，三角形54的各顶点54a到54c的诸坐标和亮度数值(或彩色数值)被用来计算根据相对于给定的光源52的倾角在视点位置56处的各自的顶点54a到54c的亮度数值。

已知的计算方法包括多种方法，其中包括从简单的“平面成影”到复杂的“冯氏成影”。根据被称为“冯氏成影”的计算方法，在图5所示的每一个顶点54a到54c的亮度lo被表示为lo＝la+likd(N·Li)+likd(V·Ri)。在这个表达式中，la表示环境光，likd(N·Li)表示漫射的反射光，并且likd(V·Ri)表示镜面反射光。还有，N表示法线，Li表示光线，Ri表示反射光线，(A·B)表示内积，并且V表示视线。

基于从上述步骤得到的顶点坐标和亮度数值，下面，如处理步骤S3所示那样，进行描绘处理。那就是，如图7所示，在根据有关的像素跟各自的顶点之间的距离进行内插计算时，在多边形里面的各自的诸像素(图像元素)，根据在几何变换处理(步骤S2)中所获得的各自的顶点54a到54c的诸坐标(X0，Y0，Z0)，(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)以及诸亮度数值I0，I1，I2被混合。这样就准备好了每一个图像元素的图像数据。在步骤S4中，所获得的数据在帧缓冲存储器44中被积累。

在这个处理过程中，每一个图像元素的图像数据都具有深度信息。因此，提供了一个通常被称为“Z缓冲存储器”的缓冲存储器，用以积累深度信息。当跟先前写入的图像数据的深度信息进行比较时，这个处理过程被执行。在靠近视点的情况下，该数据被写入帧缓冲存储器44，同时深度信息被写入Z缓冲存储器。在其他情况下，没有数据被写入。当然，离开可表达的视点的最远距离作为初始值被写入Z缓冲存储器。

如上所述，在帧缓冲存储器44中积累的图像数据在一种扫描方式中被连续地读出，并且作为三维图像被显示在例如阴极射线管(CRT)那样的显示装置上。已知的描绘系统还包括被称为“射线跟踪”的描绘方法，在此方法中某个图像元素被用来作为中心，然后逐个地连续地进行图像元素的投影，同时进行描绘，这不同于基于使用上述的Z缓冲存储器的系统。

前面的叙述涉及在显示三维图像时将要使用的一般多边形产生处理技术以及三维图形处理技术。

如上所述，待显示的三维图像模型可以在多边形分割已经实施并且其中的亮度数值已经获得的条件下被构成。因此，本发明被这样构成，使得在由雷达发射机/接收机单元14所获得的二维图像数据(各自的图像元素的诸坐标X，Y以及亮度信息Bxy)的基础上，通过使用多边形产生单元16来进行多边形的产生。

这就是说，由雷达发射机/接收机单元14所获得的二维雷达图像数据(各自的图像元素的诸坐标X，Y以及亮度信息Bxy)就是如图8所示的排列在二维格子上的每一个图像元素7ij的数据并带有各自的亮度数值Bxy。在本发明中，由诸图像元素7ij的3个图像元素(例如，图像元素700，701，711或图像元素700，710，711)所包围的区域被定义为多边形。基于这样的假设，当在每一个格子(图像元素)上的亮度数值Bxy被当作高度时，就完成了一个基于多边形的三维图像模型，如图9和10所示。图9描述一种状态，其中诸多边形从一个正好部署在其上的位置进行观察。图10描述一种状态，其中诸多边形从一个稍为倾斜的位置进行观察。

在本发明的实施例中，被排列在二维格子之上的四边形配置中的诸图像元素，简单地经过多边形分割处理后变为诸三角形。当然，也可以通过使用四边形来进行多边形的产生。在这种情况下，被部署在下游的级上的三维图形单元的描绘处理部件42被允许具有一种处理诸四边形的功能(例如，一种填充该多边形的功能)。目前，在各种图形IC以及图形卡中，作为主流方式被采用的描绘系统被设计为处理三角形。当然，当多边形的数目很多时，用于处理对应于1屏(1帧)的图像数据所需的时间是很长的。因此，在使用较多的多边形进行处理时，缩减诸图像元素也是可能的。

在如上所述的三维多边形产生单元16中被处理的多边形(图像)数据，经由多边形缓冲存储器34被送往三维图形单元。在几何变换处理部件40以及描绘处理部件42中，按照如上所述的一般三维图像数据处理的方式进行数据处理。三维雷达图像数据在帧缓冲存储器44中被积累。

从参数输入单元38输入的诸参数是为进行三维计算机图形处理所需的诸参数，包括，例如，视点位置，视线方向，光源位置(当使用多个光源时，还需要诸光源的数目)，亮度数值，以及投影表面的位置。当它们的数字数值被输入之后，就在几何变换以及描绘处理方框中进行计算。图像可以很容易地被控制，使之旋转，以及通过使用一种指向装置，例如一个鼠标器、一个跟踪球，以及一根操纵杆，去放大或缩小图像。

还有，在三维多边形产生单元16里面的地图数据库28中所积累的各种地理特征，可以根据相同于从雷达发射/接收单元14那里获得的二维图像信息所使用的方法进行多边形处理，以便跟通过使用雷达发射/接收单元14所获得的图像重叠在一起。

这就是说，例如，在一份市售地图或者一份由地理勘测学会出版的地图中所描绘的各种地理特征，被划分为格子形状的筛网，并且有关地理特征的高度(高度信息)都被添加到每一个格子点之上。这样一来，可以用精确地相同于针对从上述雷达发射/接收单元14那里获得的二维图像信息所使用的多边形产生处理方法来产生诸多边形，使之有可能借助于三维图形单元18来显示三维图像。

在这个实施例中，如图11所示，帧缓冲存储器44备有一个帧缓冲层44a以及一个帧缓冲层44b，作为第1和第2帧缓冲层。在几何变换处理部件40以及描绘处理部件42中所处理的三维雷达图像数据以及三维地图图像数据可以分别地在各自的帧缓冲层44a，44b中进行积累。

这就是说，三维雷达图像数据在帧缓冲层44a中被积累，并且三维地图图像数据在帧缓冲层44b中被积累。通过将地图上的经度纬度调整为从GPS卫星定位系统45那里获得的经度纬度，就能进行两帧图像的位置对准，因此，通过利用GPS卫星定位系统45，就能容易地进行位置对准。

当从帧缓冲存储器44(从层44a和层44b)以视频方式读出三维雷达图像数据以及三维地图图像数据时，即，当进行所谓视频扫描时，三维雷达图像被重写到三维地图图像之上，以便以一种组合的方式进行显示，或者在三维地图图像之上，以一种半透明的形式去跟踪三维雷达图像，以便以一种组合的方式进行显示。通过使用显示单元15的一个未说明的视频部件中的一份对照表，就能实现这样一个步骤。可以通过使用一个固定的对照表系统或者从外部设置一张表，来实现简单的重叠显示，在其中，三维雷达图像数据以及三维地图图像数据都经过计算以便获得算术平均值。

借助于以上所述的三维多边形产生单元16和三维图形单元18而准备的三维雷达图像数据和三维地图图像数据(也被称为“三维雷达/地图图像数据”)被送往显示单元15，并且连同由雷达发射/接收单元14的扫描变换器22所准备的二维雷达图像数据一起，在帧存储器24中进行积累。根据从输入装置27所给出的指令，在显示装置26上显示出二维雷达图像和/或三维雷达图像以及三维地图图像(三维雷达/地图图像)。

按照以下的安排，可以在帧存储器24中积累二维雷达图像、三维雷达图像，以及三维地图图像。那就是，图1所示帧存储器24的各自的描绘(或写入)区域被设计成以一种固定的方式划分为区域24a和区域24b。二维雷达图像数据在区域24a中被积累，并且三维雷达图像数据以及三维地图图像数据在区域24b中被积累。另一种可供选择的安排是，如图12所示，提供了两个帧存储器24a，24b。当数据被读出到显示装置26时(当进行视频扫描时)，被归属到显示装置的各自的地址都是事先设置的。例如，当扫描地址被定位于二维雷达图像显示区域时，针对二维图像从帧存储器24a中读出图像数据。当扫描地址进入三维图像显示区域时，针对三维图像从帧存储器24b中读出三维雷达/地图图像数据。在这个实施例中，可以以一种固定方式来设置显示区域。另一方面，也可以从外部可变地设置显示区域。以上两种安排中的任何一种都是可实行的。

在三维多边形产生单元16以及三维图形单元18中所分别包括的多边形缓冲存储器34以及帧缓冲存储器44可以被构成为显示单元15的帧存储器24所共用的一个存储器。

图13表示一个实例，其中在如上所述的显示装置26以一种组合的方式显示二维雷达图像、三维雷达图像，以及三维地图图像。在图13中，图像11a表示从雷达发射/接收单元14观察到的二维雷达图像。图像11b表示以一种重叠方式显示的、借助于三维多边形产生单元16和三维图形单元18进行处理的三维雷达图像以及三维地图图像。

当这样一种三维雷达图像被显示时，若仅显示涉及动态的和瞬时的变化的真实的三维图像11b，则一个习惯于观察常规的二维雷达图像的专家可能产生困惑。

相应地，如图13所示，在显示装置26上同时描绘出常规的二维雷达图像11a以及三维雷达图像11b。在这种安排中，当两种图像被观察时，具有较高视频识别性能的三维雷达图像被有效地利用。

当然，只有三维雷达图像11b可以被显示，或者可以在全屏幕上显示二维雷达图像11a，以便作出确认。

根据本发明，有可能提供一种三维雷达装置，在其中，被转换为由常规雷达装置所获得的二维直角坐标(X，Y)的图像数据，被转换为增加了基于亮度数值的高度方向(Z轴)的图像数据(X，Y，Z)，以便进行三维图形处理，使得除了基于使用常规雷达装置的二维图形显示以外，还可以显示经过图形处理的三维图像。因此，获得了这样一种效果，即，在真实的三维图像形式中，由雷达装置所测的目标可以容易地被操作员用视觉方法进行识别。

还有，根据本发明，三维雷达图像和三维地图图像可以被组合和被显示。因此，获得了这样一种效果，即，可以用更真实的三维图像来显示雷达图像。

Claims (10)

1.一个三维雷达装置包括：

一个雷达发射/接收单元(14)包括一部雷达发射机/接收机(20)，它被连接到一组天线(12)，用以导出分别地跟一个目标有关的涉及方向信息、距离信息以及接收强度信息的诸信号，以及一个扫描变换器，用以输出二维雷达图像数据，后者包括来自所述涉及所述方向信息、所述距离信息以及所述接收强度信息的诸信号的每一个图像元素的二维直角坐标以及亮度信息；

一个显示单元(15)，包括一个帧存储器(24)，用于积累图像数据，以及一个显示装置(26)，用于显示在所述帧存储器中积累的图像数据；

一个三维多边形产生单元(16)，用于根据在所述二维雷达图像数据中所包括的所述每一个图像元素的二维直角坐标以及所述亮度信息来进行多边形产生处理；以及

一个三维图形单元(18)，用于在所获得的基于多边形的信息的基础上，准备三维雷达图像数据，其中：

所述三维雷达图像数据在所述帧存储器中被积累，以及一帧三维雷达图像在所述显示装置上被显示。

2.根据权利要求1所述三维雷达装置，还包括：

一个地图数据库(28)，其中积累着分布于一个二维格子上的一种地理特征的在每一个格子点上的位置信息和高度信息；以及

一个帧缓冲存储器(44)，它由在所述三维图形单元中所包含的第1和第2帧缓冲层(44a，44b)组成，其中：

在所述三维多边形产生单元中，在从所述地图数据库获得的所述位置信息和所述高度信息的基础上进行所述多边形产生处理；

在所述三维图形单元中，在所获得的基于多边形的信息的基础上准备三维地图图像数据，以便在所述第2帧缓冲层中进行积累，并且由所述三维图形单元所准备的所述三维雷达图像在所述第1帧缓冲层中被积累；

当在所述帧存储器中积累所述三维雷达图像时，已经在所述第1和第2帧缓冲层中积累的所述三维雷达图像数据以及所述三维地图图像数据被读出并且被互相组合，以便作为三维雷达/地图图像数据而进行积累；以及

在所述显示装置上显示一帧三维雷达/地图图像。

3.根据权利要求2所述的三维雷达装置，其中，通过利用一个GPS卫星定位系统(45)来进行所述三维雷达图像和所述三维地图图像的位置对准。

4.一个三维雷达装置包括：

一个雷达发射/接收单元(14)包括一部雷达发射机/接收机(20)，它被连接到一组天线(12)，用以导出分别地跟一个目标有关的涉及方向信息、距离信息以及接收强度信息的诸信号，以及一个扫描变换器，用以输出二维雷达图像数据，后者包括来自所述涉及所述方向信息、所述距离信息以及所述接收强度信息的诸信号的每一个图像元素的二维直角坐标以及亮度信息；

一个显示单元(15)，包括一个帧存储器(24)，用于积累图像数据，以及一个显示装置(26)，用于显示在所述帧存储器中积累的图像数据；

一个三维多边形产生单元(16)，用于根据在所述二维雷达图像数据中所包括的所述每一个图像元素的二维直角坐标以及所述亮度信息来进行多边形产生处理；以及

一个三维图形单元(18)，用于在所获得的基于多边形的信息的基础上，准备三维雷达图像数据，其中：

所述二维雷达图像数据以及所述三维雷达图像数据在所述帧存储器中被积累，以及

当在所述显示装置上进行显示时，仅显示所述二维雷达图像，仅显示所述三维雷达图像，或者同时显示所述二维雷达图像(11a)以及所述三维雷达图像(11b)。

5.根据权利要求4所述的三维雷达装置，为了同时显示所述二维图像以及所述三维图像，还包括：

一个地图数据库，其中积累着分布于一个二维格子上的一种地理特征的在每一个格子点上的位置信息和高度信息；以及

一个帧缓冲存储器，它由在所述三维图形单元中所包含的第1和第2帧缓冲层组成，其中：

在所述三维多边形产生单元中，在从所述地图数据库获得的所述位置信息和所述高度信息的基础上进行所述多边形产生处理；

在所述三维图形单元中，在所获得的基于多边形的信息的基础上准备三维地图图像数据，以便在所述第2帧缓冲层中进行积累，并且由所述三维图形单元所准备的所述三维雷达图像在所述第1帧缓冲层中被积累；

当在所述帧存储器中积累所述三维雷达图像时，已经在所述第1和第2帧缓冲层中积累的所述三维雷达图像数据以及所述三维地图图像数据被读出并且被互相组合，以便作为三维雷达/地图图像数据而进行积累；以及

在所述显示装置上，同时显示一帧三维雷达/地图图像以及一帧二维雷达图像。

6.根据权利要求5所述的三维雷达装置，其中，通过利用一个GPS卫星定位系统(45)来进行所述三维雷达图像和所述三维地图图像的位置对准。

7.一种用于显示一幅三维雷达图像的方法包括：

一个第1步骤，从一个雷达发射/接收单元(14)输出二维雷达图像数据，包括涉及一个目标的每一个图像元素的二维直角坐标以及亮度信息；

一个第2步骤，在一个三维多边形产生单元(16)中，根据在所述二维雷达图像数据中所包括的所述每一个图像元素的二维直角坐标以及所述亮度信息来进行多边形产生处理；

一个第3步骤，在一个三维图形单元(18)中，在所获得的基于多边形的信息的基础上，准备三维雷达图像数据；以及

第4步骤，在一个显示装置上，显示基于所述三维雷达图像数据的一帧三维雷达图像。

8.根据权利要求7的用于显示所述三维雷达图像的方法，其中，在所述第4步骤，一个基于所述二维雷达图像数据的二维雷达图像连同所述三维雷达图像一起，被显示于所述显示装置上。

9.根据权利要求7的用于显示所述三维雷达图像的方法，其中：

在所述第2步骤中，根据从一个地图数据库中所得到的分布于一个二维格子上的一种地理特征的在每一个格子点上的位置信息和高度信息，进一步地执行所述多边形产生处理；

在所述第3步骤中，在所获得的基于多边形的信息的基础上，进一步地准备三维地图图像数据；以及

在所述第4步骤中，基于所述三维雷达图像数据的所述三维雷达图像以及基于所述三维地图图像数据的一帧三维地图图像被组合，并且被显示于所述显示装置上。

10.根据权利要求8的用于显示所述三维雷达图像的方法，其中：

在所述第2步骤中，根据从一个地图数据库中所获得的分布于一个二维格子上的一种地理特征的在每一个格子点上的位置信息和高度信息，进一步地执行所述多边形产生处理；

在所述第3步骤中，在所获得的基于多边形的信息的基础上，进一步地准备三维地图图像数据；以及

在所述第4步骤中，基于所述三维雷达图像数据的所述三维雷达图像以及基于所述三维地图图像数据的一帧三维地图图像被组合，并且被显示于所述显示装置上，并且基于所述二维雷达图像数据的二维雷达图像被显示于所述显示装置上。

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