CN203719535U - 一种多ccd大场景指示目标定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型由多个通道的投影仪投射的图像利用边缘融合系统显示出一个没有缝隙大场景高分辨率的整幅画面，对指示目标的多CCD定位则是利用激光发射指示目标和应用图像识别激光光斑的位置进行的定位技术，能实现多CCD大场景的指示目标识别，为研制更加逼真的训练模拟场景创造了条件，从而为射击模拟与射击精度的评估提供了实现的途径，在直间瞄武器射击、虚拟投掷训练、大场景解说互动以及虚拟射击训练系统中将得到了应用。

Description

一种多CCD大场景指示目标定位系统

技术领域

本实用新型涉及定位系统技术领域，具体涉及一种多CCD大场景指示目标定位系统。

背景技术

近年来，随着计算机技术，虚拟现实技术及传感器技术不断融合和飞速发展，为研发更加逼真的训练模拟场景创造了条件。通过实装武器对训练模拟场景的射击，由CCD对射击点的坐标进行定位并评估射击精度，不仅可以减少训练费用、减轻对环境的影响，而且对提高部队训练水平、保证训练安全具有重要作用。现代作战场景靠单个屏幕显示系统有时很难满足复杂环境的应用要求。因此多屏幕的无缝拼接系统应运而生，它所带来的超大场景显示以及清晰、逼真的显示效果使得军队训练模拟仿真领域的工作效率得到大幅改善，同时促进了半实物仿真训练技术水平的快速进步。

在大场景下如果靠单个CCD进行目标识别与定位，由于CCD的视场分辨率有限，很难实现高精度定位，因此采用多CCD快速准确地识别对大场景图像目标。首先大场景是由多个画面拼接而成的全景图像，画面拼接缝的边缘容易出现拼接的黑边，使得画面的完整性受到一定的影响，要使得大场景的画面效果在视觉感官上就像是一台投影机投影的画面。大场景的显示通常有三种方法实现：第一种是使用单一的高亮度输出机在一个大屏幕上投射出一幅完整图像，这种方法一般投射距离比较远，有比较大的空间需求；第二种采用光学硬拼接的方式提高大场景显示的分辨率和亮度，但由于各投影机的亮度从中心到边缘是逐渐减弱的，在不同投影机投射图像衔接地方出现明显的亮度不一致感，再加上投影图像的变形，图像的边缘衔接也是难以消除缝隙的；第三种采用多单元拼接的形式构成大场景，可以在屏幕上实现很高的分辨率，但由于各个单元之间有机械和光学的接缝存在会破坏图像的整体效果。

目前光学瞄准武器模拟射击训练都是基于激光发射和图像识别的定位技术，采用激光向大屏幕发射一束或多束激光，通过已标定的摄像机拾取光束在大屏幕上的投射图案并计算投射点的位置，进而计算激光发射相对于大屏幕的位置，并将此空间位置映射到大屏幕场景的相应位置，从而对目标的相互关联关系进行逻辑判定。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能实现多CCD大场景的指示目标识别，为研制更加逼真的训练模拟场景创造了条件的多CCD大场景指示目标定位系统。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种多CCD大场景指示目标定位系统，包括大场景显示装置，用于显示特定的视频场景，并具有反射指示光束的功能或者能透过指示光束，指示光束投射在上面形成一定大小的投射图像供摄像机采集；

激光发射装置，激光发射装置的激光轴线与武器系统的光轴一致，当武器系统向大屏幕显示装置发射一束或多束激光，激光发射装置能发射特定频率并具有一定功率的激光束到大屏幕显示装置上；

多CCD装置，包括CCD摄像机、CCD传感器以及图像处理传输装置，通过多个位置坐标已标定的CCD摄像机依次拾取激光束在大屏幕显示装置上的投射图像并计算投射点的位置，通过同名控制点对影响定位精度的因素进行修正，再通过这些位置的坐标映射关系进而计算激光发射装置相对于场景的位置，也就是武器实际射击到屏幕场景的位置，从而为射击模拟与射击精度的评估提供了实现的途径；

多CCD装置完成图像水平或或垂直捕获的重叠，实现大场景显示装置的全范围收容，完成原始图像的采集，系统使用CCD摄像机拍摄屏幕的图像，识别出这些激光投射点的位置，并传输给计算机作进一步处理和计算，

滤光片镜，放置在CCD摄像机镜头前端，其透射波长与激光波长一致，阻碍周围环境的杂散光源不会进入CCD摄像机镜头，保证后期图像处理的便捷；

计算机，通过图像识别进行二值化处理，从CCD摄像机拍摄的屏幕图像中识别出每束激光投射到屏幕上的投射点，然后计算出投射点的中心坐标用于坐标映射关系的计算。

本实用新型的有益效果是：本实用新型由多个通道的投影仪投射的图像利用边缘融合系统显示出一个没有缝隙大场景高分辨率的整幅画面，对指示目标的多CCD定位则是利用激光发射指示目标和应用图像识别激光光斑的位置进行的定位技术，能实现多CCD大场景的指示目标识别，为研制更加逼真的训练模拟场景创造了条件，从而为射击模拟与射击精度的评估提供了实现的途径，在直间瞄武器射击、虚拟投掷训练、大场景解说互动以及虚拟射击训练系统中将得到了应用。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图；

图2为本实用新型坐标转换示意图；

图3为本实用新型目标定位流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1、图3所示，一种多CCD大场景指示目标定位系统，包括大场景显示装置1，用于显示特定的视频场景，并具有反射指示光束的功能或者能透过指示光束，指示光束投射在上面形成一定大小的投射图像供摄像机采集；

激光发射装置2，激光发射装置2的激光轴线与武器系统的光轴一致，当武器系统向大屏幕显示装置发射一束或多束激光，激光发射装置2能发射特定频率并具有一定功率的激光束到大屏幕显示装置1上；

多CCD装置3，包括CCD摄像机、CCD传感器以及图像处理传输装置，通过多个位置坐标已标定的CCD摄像机依次拾取激光束在大屏幕显示装置1上的投射图像并计算投射点和光斑的位置，通过同名控制点对影响定位精度的因素进行修正，再通过这些位置的坐标映射关系进而计算激光发射装置相对于场景的位置，也就是武器实际射击到屏幕场景的位置，从而为射击模拟与射击精度的评估提供了实现的途径；

多CCD装置3完成图像水平或或垂直捕获的重叠，实现大场景显示装置的全范围收容，完成原始图像的采集，系统使用CCD摄像机拍摄屏幕的图像，识别出这些激光投射点的位置，并传输给计算机作进一步处理和计算，

滤光片镜，放置在CCD摄像机镜头前端，其透射波长与激光波长一致，阻碍周围环境的杂散光源不会进入CCD摄像机镜头，保证后期图像处理的便捷；

计算机，通过图像识别进行二值化处理，从CCD摄像机拍摄的屏幕图像中识别出每束激光投射到屏幕上的投射点，然后计算出投射点的中心坐标用于坐标映射关系的计算。

本实用新型的多CCD大场景指示目标定位系统，包括大场景图像的同名点控制、坐标映射变换和和多CCD目标识别，其中：

1)多CCD目标定位

由于通过CCD摄像机所识别的激光点坐标并不是激光点真正的坐标，而是其在摄像机采集图像中的相对坐标，该坐标并不能直接用于计算发射装置的坐标和发射方向，还应将其转换成真实坐标，这就要求我们要进行摄像机标定，本实用新型考虑到目标定位系统的实时性特点及目标的快速定位，采用了线型模型摄像机的标定方法。

如图2所示，xoy坐标系所表示的矩形区域为摄像头所拍摄区域，该坐标系为视频图像成像坐标系，XOY坐标系所表示的矩形区域为投影幕显示区域，该坐标系即为投影屏幕的逻辑坐标系，两个坐标系之间的角度偏差为a，摄像头图像坐标系和投影屏幕坐标的坐标原点均在左上角。

设XOY坐标系和xoy坐标系的单位值分别为X₁，Y₁和x₁，y₁。根据前面的假设它们之间一定的线性关系，定义如下：

如图1、图3所示，XOY坐标系的坐标原点在xoy坐标系中的坐标值假定为(x₀，y₀)则：

$\left\{\begin{array}{c}X=a_1(y_0\sin a-x_0\cos a)+a_{1}x\cos a-a_{1}y\sin a\\ Y=(b_1{y}_0\sin a\tan a-b_1{x}_0\sin a-\frac{b_2}{\cos a}{y}_0)+b_{1}x\sin a+(\frac{b_2}{\cos a}-b_1\sin a\tan a)y\end{array}\right.---(3-1)$

X′＝a₁x′  X′＝a₂y′  Y′＝b₁x′  Y′＝b₂y′          (3-2)

其中，令

$d_x=a_1(y_0\sin \mathrm{\α}-x_0\cos \mathrm{\α}),d_y=b_1{y}_0\sin \mathrm{\α}\tan \mathrm{\α}-b_1{x}_0\sin \mathrm{\α}-\frac{b_2}{\cos \mathrm{\α}}{y}_0$

$a_m=a_1\cos \mathrm{\α},a_n=-a_1\sin \mathrm{\α},b_m=-b_1\sin \mathrm{\α},b_n=\frac{b_2}{\cos \mathrm{\α}}-b_1\sin \mathrm{\α}\tan \mathrm{\α}$

代入(3-1)中可得到， $\left\{\begin{array}{c}X=d_x+a_{m}x+a_{n}y\\ Y=d_y+b_{m}x+b_{n}y\end{array}\right.---(3-3)$

从以上式中可以获得摄像头捕获图像的三个点的坐标：

分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)以及这三个点在对应投影屏幕上的坐标(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，(X₃，Y₃)，将这六点坐标点代入(3-3)中可求出dx，dy，am，an，bm，bn.这样我们通过图像识别算法计算出摄像头图像上的激光点的位置坐标(x，y)，利用(3-3)就可以计算出该激光点在投影屏幕上对应的逻辑坐标(X，Y)，从而实现通过激光点对光标进行准确定位和相关操作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种多CCD大场景指示目标定位系统，其特征在于：包括大场景显示装置，用于显示特定的视频场景，并具有反射指示光束的功能或者能透过指示光束，指示光束投射在上面形成一定大小的投射图像供摄像机采集； 

激光发射装置，激光发射装置的激光轴线与武器系统的光轴一致，当武器系统向大屏幕显示装置发射一束或多束激光，激光发射装置能发射特定频率并具有一定功率的激光束到大屏幕显示装置上； 

多CCD装置，包括CCD摄像机、CCD传感器以及图像处理传输装置，通过多个位置坐标已标定的CCD摄像机依次拾取激光束在大屏幕显示装置上的投射图像并计算投射点的位置，通过同名控制点对影响定位精度的因素进行修正，再通过这些位置的坐标映射关系进而计算激光发射装置相对于场景的位置，也就是武器实际射击到屏幕场景的位置，从而为射击模拟与射击精度的评估提供了实现的途径； 

多CCD装置完成图像水平或或垂直捕获的重叠，实现大场景显示装置的全范围收容，完成原始图像的采集，系统使用CCD摄像机拍摄屏幕的图像，识别出这些激光投射点的位置，并传输给计算机作进一步处理和计算； 

滤光片镜，放置在CCD摄像机镜头前端，其透射波长与激光波长一致，阻碍周围环境的杂散光源不会进入CCD摄像机镜头，保证后期图像处理的便捷。