基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种仿真系统的几何误差传递模型分析方法，基于世界坐标系到屏幕坐标系的转换过程，构建物理传递过程模型并，通过实验验证几何传递模型的准确性；提出几何误差影响因素，并通过灵敏度分析，筛选主要误差因素；基于视景仿真系统几何传递模型，通过误差传递函数构建规则，对几何传递模型求导构建误差传递函数；设计实验，以物理模型为实际系统，计算误差传递函数结果与实际误差结果之间的偏差。本发明专利技术保证在仿真系统仿真未知环境前，利用几何误差传递函数分析其准确度，对误差因素的影响程度分析的更加直观，利于系统的误差优化控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法


[0001]本专利技术涉及一种仿真系统的性能分析
，具体地说是一种仿真系统的几何误差传递模型分析方法。

技术介绍

[0002]视景仿真技术已经被越来越多的国家应用在越来越多的领域。视景仿真成像技术目前得到了快速的发展。为了进行光电装备测试，一般有数学仿真，外场实验，传统室内实验，半实物仿真等方法。其中半实物仿真将实际的物体和虚拟数字场景结合起来，将其引入了测试回路，这要比数字仿真更为精确。所以近些年来，在室内环境下对系统进行半实物仿真测试已经逐渐成为各个国家的热点研究。然而，此类半实物仿真系统应用测试的成功与否很大程度上依赖于红外视景仿真系统的仿真逼真程度，即红外视景仿真系统再现复杂真实自然环境的真实程度。在军事仿真及应用领域，红外视景仿真系统进行目标和背景模拟仿真的逼真程度将直接影响复杂光电装备性能鉴定的准确程度，红外视景仿真系统要真正应用于光电装备的试验鉴定中去就必须要保证仿真系统的高逼真度。
[0003]红外视景仿真系统的几何逼真度的验证工作一直是这一领域研究的重点和发展方向。目前，国外已经有比较成熟的仿真逼真度和置信度的验证方案和理论，同时做了大量的试验验证，积累了丰富的实验数据和成果。国内开展红外视景仿真系统的单位也非常多，在静态红外图像生成和动态红外场景集成方面也有很多相对成熟的成果，针对红外目标模拟器的研制技术也取得了巨大的进步，性能也已比较成熟。如国外罗彻斯特理工学院针对数字仿真场景进行了大量的实验，并研发了场景仿真模型DIRSIG(DIRSIG Digital Imaging and Remote Sensing Image Generation)，这是基于物理驱动的综合性图像仿真以及生成模型，用来生成0.3～20μm波段内的多光谱、高光谱、单波段的图像，也可以用来进行图像系统设计的测试或图像评估算法的仿真图像生成。基于DIRSIG场景仿真模型，Scott Brown和Jim Salacain做了几何传递模型的准确度的验证工作，使仿真图像和实拍图像在几何投影和光学畸变两个方面进行对比得到了较高的逼真度结果。国内西安电子科技大学也在这方面取得了一系列的研究成果，陈业朝等人研究了红外视景仿真系统的逼真度分析，其中关于几何逼真度分析采用建立几何物理传递模型，通过模型估计位置参数，分别计算目标面积像素点变化和位置变化指标，结合两个指标评价分析几何逼真度。
[0004]从目前技术发展现状来看，关于视景仿真系统的几何逼真度分析方法分为以下几类：
[0005](1)通过仿真图像和实拍图像之间的对比，来分析几何逼真度。但这种分析方法并没有分析误差产生的机理，难以通过评价指标对系统进行优化。
[0006](2)通过建立几何物理传递模型，来模拟仿真系统的传递过程，以几何传递模型输出作为仿真结果与实拍图像进行对比。此种方法对误差产生的机理进行了一定的分析，但因为影响变量很多，无法直接表述单个误差的影响程度。
[0007](3)通过不同评价指标之间的组合，形成更加客观全面的评价指标。如指标1：像素
点之间的偏移量，指标2：图像的像素点数量和，两个指标相结合会得到一个更加全面的评价体系。
[0008]目前的视景仿真系统的几何误差分析尽管取得了一些成果，但研究的结果对各个误差参量的影响程度分析仍有不足，无法准确描述在不同情况下误差参数的影响程度。如何建立一套分析方法体系，既能对系统进行误差分析，也能指出哪些参数是对误差影响很大，是需要对其进行改善控制的。此类相关的方法在环境仿真领域成果较少。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于环境仿真系统的几何误差分析方法，该分析方法首先对系统进行分析并构建其几何物理传递模型，建立误差影响参数集合。在几何物理传递模型的基础上建立误差传递模型，分析影响参量对误差的具体影响。该方法为系统的优化提供了分析基础。
[0010]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0011]基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法包括以下步骤：
[0012]构建视景仿真系统几何物理传递模型：将城市建筑中的角点作为目标点，通过测量设备测量目标点的世界坐标系，将目标点从世界坐标系转换到屏幕坐标系，输出目标点在屏幕坐标系中的坐标；
[0013]选取视景仿真系统几何物理传递模型中的多个几何传递误差因素，并通过灵敏度分析，选出灵敏度满足需求的多个几何传递误差因素；
[0014]根据几何传递误差因素，通过误差传递函数的构建规则，对视景仿真系统几何物理传递模型构建误差传递函数；
[0015]通过误差传递函数验证几何物理传递模型的可靠性。
[0016]所述测量设备包括全站仪、手持测距仪。
[0017]所述将目标点从世界坐标系转换到屏幕坐标系具体为：
[0018]将城市建筑中目标点通过四元数旋转矩阵从世界坐标系转换到相机坐标系，从相机坐标系转换到投影坐标系，从投影坐标系转换到归一化设备坐标系，最终转换到屏幕坐标系。
[0019]所述几何传递误差因素包括：相机视场角误差、世界坐标系误差、相机姿态误差。
[0020]所述误差传递函数的构建规则为：
[0021]若误差因素之间相互独立即一个误差变化不会导致另一个误差也产生变化，则：
[0022][0023]其中，x
out
为屏幕坐标系x轴输出坐标函数，θ为误差因素，Δθ为误差范围，为合成后的屏幕坐标系x轴的误差；
[0024]若误差因素之间存在传递关系，先计算上一层的误差传递函数即在物理传递关系中处于先产生的误差，再将其作为下一层的输入误差即在物理传递关系中处于后产生的误差，计算总的误差传递函数，格式如下：
[0025][0026]其中，传递过程中上一层的误差，为最终的输出误差，x
final
为最终输出函数。
[0027]所述通过误差传递函数验证几何物理传递模型是否可靠具体为：
[0028]将测量设备实时采集的建筑目标点的参数作为参考值输入几何物理传递模型，得到该建筑的在屏幕坐标系中的基准坐标，在参考值中加入误差，并输入到几何物理传递模型，得到加入误差后的屏幕坐标系中的实际坐标，用实际坐标减去基准坐标，得到实际误差；将误差和参考值输入误差传递函数，得到估计误差，比较估计误差与实际误差之间的偏差，若偏差小于阈值，则几何物理传递模型可靠。
[0029]所述参数包括：相机的世界坐标系中的坐标值，目标点的世界坐标系中的坐标值。
[0030]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0031]1.本专利技术方法采用全站仪为原点建立坐标系，通过测量相机及相机视场中心点坐标，计算相机偏航角及俯仰角，保证了测量参数的可靠性。
[0032]2.本专利技术采用误差传递函数分析系统几何逼真度，对各个误差参量的影响分析更加直观，有利于系统的优化工作。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的整体流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法，其特征在于，包括以下步骤：构建视景仿真系统几何物理传递模型：将城市建筑中的角点作为目标点，通过测量设备测量目标点的世界坐标系，将目标点从世界坐标系转换到屏幕坐标系，输出目标点在屏幕坐标系中的坐标；选取视景仿真系统几何物理传递模型中的多个几何传递误差因素，并通过灵敏度分析，选出灵敏度满足需求的多个几何传递误差因素；根据几何传递误差因素，通过误差传递函数的构建规则，对视景仿真系统几何物理传递模型构建误差传递函数；通过误差传递函数验证几何物理传递模型的可靠性。2.根据权利要求1所述的基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法，其特征在于，所述测量设备包括全站仪、手持测距仪。3.根据权利要求1所述的基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法，其特征在于，所述将目标点从世界坐标系转换到屏幕坐标系具体为：将城市建筑中目标点通过四元数旋转矩阵从世界坐标系转换到相机坐标系，从相机坐标系转换到投影坐标系，从投影坐标系转换到归一化设备坐标系，最终转换到屏幕坐标系。4.根据权利要求1所述的基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法，其特征在于，所述几何传递误差因素包括：相机视场角误差、世界坐标系误差、相机姿态误差。5.根据权利要求1所述的基于视景仿真系统的几何误差传递模型分析方法，其特征在于，所述误差传递函数的构建规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：史泽林，向伟，花海洋，刘云鹏，杨坚华，石轶，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：