一种基于OpenGL的双目夜视成像模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法及系统，计算机加载所述成像模拟方法，以在所述双目夜视镜上生成图像，包括以下步骤：S1：建立用于模拟环境的三维场景模型；S2：计算每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成微光辐射图像；S3：根据佩戴者头部的位置数据，调节的微光辐射图像的可视位置和视觉角度；S4：利用着色器算法渲染处理微光辐射图像，以得到微光夜视镜图像；S5：将微光夜视镜图像进行第一调节以形成呈现于左目镜的第一图像，进行第二调节以形成呈现于右目镜的第二图像，第一调节和第二调节数值相同，方向相反。本发明专利技术能够实时呈现与双目夜视镜成像系统观察下等价效果的模拟图像，模拟画面质量稳定、可靠。

A binocular night vision imaging simulation method and system based on OpenGL

The invention discloses an imaging simulation method and a system based on a OpenGL - based double eye view mirror. The computer loads the imaging simulation method to generate an image on the binocular night vision mirror, including the following steps: S1: establishing a three-dimensional scene model for the simulated environment; S2: calculating each object model in a setting environment. The value of light radiation to generate a light radiation image; S3: the visual position and visual angle of the light radiation image adjusted according to the position of the wearer's head; S4: using the shader algorithm to render the light radiation images to get the light night vision mirror image; S5: the first adjustment of the micro optical night view mirror image is made to form the form. The first image is presented in the first image of the left eyepiece to form a second adjustment to form a second image presented on the right eyepiece. The first regulation and the second adjustment value are the same, and the direction is opposite. The invention can simulate the equivalent image of binocular night vision imaging system in real time, and the quality of the simulated picture is stable and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于OpenGL的双目夜视成像模拟方法及系统
本专利技术涉及一种成像仿真方法，特别涉及一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法及系统。
技术介绍
夜晚天空并非完全没有光辐射。空中具有月光、星光、大气辉光以及太阳光、月光和星光的散射光，但由于光幅度太小人眼无法识别，被称为微光。微光包括可见光和近红外光，波长在0.4～2.0um。微光夜视技术是利用电真空和电子光学等技术，实现光子图像-电子图像-光子图像的转换，并在转换过程总，通过对电子图像的增强实现了对光子图像的增强，从而达到在微弱光线照明下的夜间观察的技术。随着计算机性能的提高和计算机仿真成像技术的发展，在军事训练或者飞行员训练中还会采用模拟器来仿真训练环境，其中就有夜视环境的模拟器。目前的夜视环境模拟器的在仿真效果上的真实性和通用性较差，开发成本较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法及系统，以在双目夜视镜上呈现质量稳定、可靠的模拟画面。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法，计算机加载所述成像模拟方法，以在所述双目夜视镜上生成图像，包括以下步骤：S1：建立用于模拟环境的三维场景模型，其中，所述三维场景模型具有每一物体模型中对光的反射、吸收性质的材质属性；S2：计算每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成在所述三维场景模型中所有物体模型的微光辐射图像；S3：根据佩戴者头部的位置数据，调节三维场景模型呈现于所述双目夜视镜的所述微光辐射图像的可视位置和视觉角度；S4：利用着色器算法渲染处理对应于所述可视位置和所述视觉角度的微光辐射图像，以得到微光夜视镜图像；S5：将所述微光夜视镜图像进行第一调节以形成呈现于左目镜的第一图像，将同一所述微光夜视镜图像进行第二调节以形成呈现于右目镜的第二图像，所述第一调节和所述第二调节数值相同，方向相反。优选的，S2具体包括以下步骤：S201：计算每一物体模型的反射光辐射强度，所述反射光辐射强度为环境光强度、漫反射光强度、镜面反射光强度以及自发光强度之和，其计算式为：Ir＝Ia+Id+Is+Ie(1)其中，Ir是反射光辐射强度；Ia是环境光强度；Id是漫反射光强度；Is是镜面反射光强度；Ie是自发光强度；S202：确定所述设定环境下的大气衰减值和路径辐射值；S203：计算每一物体模型到达所述双目夜视镜的辐射光强，其计算式为：Io＝Ir*τ+Ip(2)其中，Io是到达所述双目夜视镜的辐射光强；τ是所述设定环境下的大气衰减值；Ip是所述设定环境下的路径辐射值；S204：根据真实夜视镜的性能参数，增益放大到达所述双目夜视镜的辐射光强，得到每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成所述微光辐射图像。优选的，S3具体包括以下步骤：S301：采集所述位置数据，所述位置数据包括佩戴者头部的俯仰量θ、横滚量φ、偏航量ψ、以及三维位移x值，y值，z值；S302：将所述位置数据转换为空间变换矩阵，以得到包含所述可视位置和所述视觉角度的综合空间变换矩阵，其计算式为：其中，Mθ是俯仰量的空间变换矩阵；是横滚量的空间变换矩阵；Mψ是偏航量的空间变换矩阵；Mt是三维位移的空间变换矩阵；Ms是综合空间变换矩阵。优选的，S4具体包括以下步骤：S401：截取所述微光辐射图像中亮度高于预定值的高亮图像，以在所述微光辐射图像中提亮并扩大所述高亮图像；S402：在S401生成的图像上进行噪声处理；S403：在S402生成的图像上剪切出圆形图像，并对所述圆形图像的边缘部分进行模糊处理，以得到微光夜视镜图像。优选的，所述第一调节为将所述综合空间变换矩阵做左平移变换，对变换后的左矩阵进行逆变换作为拍摄左图像的左模型视点矩阵，然后做左拍摄角度变换，以得到所述第一图像。优选的，所述第二调节为将所述综合空间变换矩阵做右平移变换，对变换后的右矩阵进行逆变换作为拍摄右图像的右模型视点矩阵，然后做右拍摄角度变换，以得到所述第二图像。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还提供了一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟系统，其包括上述的成像模拟方法，所述左目镜和所述右目镜采用OLED显示屏。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于本专利技术的有益之处在于：1)首创性：双目夜视成像系统目前在国内并没有，属于首创；2)仿真度高，本专利技术辐射算法中的光照采用真实统计数据，大气传输衰减和路径辐射均采用成熟的大气分析软件计算然后进行拟合得到较真实的辐射值，为了模拟真实夜视镜效果添加了噪声、高亮、模糊等效果；3)可移植性强，本专利技术采用开源OpenGL图像渲染引擎，不受平台限制，可在多种硬件平台和操作系统上运行。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1为本专利技术一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法的软件流程图；图2为本专利技术一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟系统的设施关系图；图3为本专利技术设定环境时参考的不同月相相对照度的曲线图；图4为本专利技术设定环境时不同环境下大气衰减值的拟合曲线对比图；图5为本专利技术呈现于双目夜视镜的图像，其中，左边为第一图像，右边为第二图像。图中各符号表示的含义如下：1-计算机，2-双目夜视镜，3-头盔跟踪设备。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图2所示，本专利技术的双目夜视镜2、头盔跟踪设备3与计算机1中加载成像模拟方法的成像模拟系统连接。计算机1能够加载所述成像模拟方法，以在所述双目夜视镜2上生成图像。双目夜视镜2为仿真双目夜视镜，其仿真显示部件由双目透射式显示器构成。在本实施例中，双目透射式显示器采用左右两个OLED显示屏，用于显示模拟的夜视图像。显示驱动板将视频信号处理后分别传输给与其相连的双路OLED显示屏。头盔跟踪设备3为一个陀螺仪，用来采集佩戴者头部的位置姿态，并通过USB将位置数据输入处理计算机。其中，头盔跟踪设备3采用MEMS微型惯性测量单元(IMU)。而用于数据图像处理的计算机1用于仿真夜视成像，并根据头部的位置数据，实时陀螺仪的姿态方向、线性加速度以及海拔高度等数据，从而实时更改显示于左右两个OLED显示屏上的模拟画面。基于上述的硬件设备，如图1所示，本专利技术基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法，主要包括以下步骤。S1：建立用于模拟环境的三维场景模型，其中，所述三维场景模型景模型具有每一物体模型中对光的反射、吸收性质的材质属性。在S1中利用3dsMax或MultiGenCreator生成三维场景模型，地图中包含有用于模拟的所有物体，并将物体的不同材质对光的反射性质添加到物体材质属性中。S2：计算每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成在所述三维场景模型中所有物体模型的微光辐射图像。微光仿真的辐射来自太阳、月亮、星光及大气辐射。这里采用太阳常数E0＝1353W/m2作为地球大气层上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法，计算机加载所述成像模拟方法，以在所述双目夜视镜上生成图像，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立用于模拟环境的三维场景模型，其中，所述三维场景模型具有每一物体模型中对光的反射、吸收性质的材质属性；S2：计算每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成在所述三维场景模型中所有物体模型的微光辐射图像；S3：根据佩戴者头部的位置数据，调节三维场景模型呈现于所述双目夜视镜的所述微光辐射图像的可视位置和视觉角度；S4：利用着色器算法渲染处理对应于所述可视位置和所述视觉角度的微光辐射图像，以得到微光夜视镜图像；S5：将所述微光夜视镜图像进行第一调节以形成呈现于左目镜的第一图像，将同一所述微光夜视镜图像进行第二调节以形成呈现于右目镜的第二图像，所述第一调节和所述第二调节数值相同，方向相反。

【技术特征摘要】
1.一种基于OpenGL的双目夜视镜的成像模拟方法，计算机加载所述成像模拟方法，以在所述双目夜视镜上生成图像，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立用于模拟环境的三维场景模型，其中，所述三维场景模型具有每一物体模型中对光的反射、吸收性质的材质属性；S2：计算每一物体模型在设定环境下的微光辐射值，以生成在所述三维场景模型中所有物体模型的微光辐射图像；S3：根据佩戴者头部的位置数据，调节三维场景模型呈现于所述双目夜视镜的所述微光辐射图像的可视位置和视觉角度；S4：利用着色器算法渲染处理对应于所述可视位置和所述视觉角度的微光辐射图像，以得到微光夜视镜图像；S5：将所述微光夜视镜图像进行第一调节以形成呈现于左目镜的第一图像，将同一所述微光夜视镜图像进行第二调节以形成呈现于右目镜的第二图像，所述第一调节和所述第二调节数值相同，方向相反。2.根据权利要求1所述的双目夜视镜的成像模拟方法，其特征在于，S2具体包括以下步骤：S201：计算每一物体模型的反射光辐射强度，所述反射光辐射强度为环境光强度、漫反射光强度、镜面反射光强度以及自发光强度之和，其计算式为：Ir＝Ia+Id+Is+Ie(1)其中，Ir是反射光辐射强度；Ia是环境光强度；Id是漫反射光强度；Is是镜面反射光强度；Ie是自发光强度；S202：确定所述设定环境下的大气衰减值和路径辐射值；S203：计算每一物体模型到达所述双目夜视镜的辐射光强，其计算式为：Io＝Ir*τ+Ip(2)其中，Io是到达所述双目夜视镜的辐射光强；τ是所述设定环境下的大气衰减值；Ip是所述设定环境下的路径辐射值；S204：根据真实夜视镜的性能参数，增益放大到达所述双目...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传伟，
申请(专利权)人：南京乐飞航空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32