一种低小慢目标高速图像模拟方法、存储介质及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低小慢目标高速图像模拟方法、存储介质及装置，涉及光电图像模拟技术领域，方法包括确定光电设备的观测坐标系，将目标模拟飞行场景内的背景和遮挡物映射到观测坐标系内的2D投影平面，得到背景图像和遮挡物图像；确定第一对应关系以及根据光电设备的成像参数确定目标的仿射变换矩阵，第一对应关系为将目标在模拟飞行场景内的原始坐标映射到2D投影平面的坐标变换关系；根据仿射变换矩阵和第一对应关系计算得到目标在2D投影平面内的坐标值，得到目标图像；遮挡关系解算；第一模拟图像和第二模拟图像生成。通过将低小慢目标在三维空间内的模拟飞行场景简化为二维图像的遮挡关系解析，简化了计算过程，模拟图像生成过程更快。像生成过程更快。像生成过程更快。

【技术实现步骤摘要】
一种低小慢目标高速图像模拟方法、存储介质及装置


[0001]本专利技术属于光电图像模拟
，尤其是用于高清光电转台性能检测的光电图像模拟，具体涉及一种低小慢目标高速图像模拟方法、存储介质及装置。

技术介绍

[0002]低小慢航空器是低空、小型、慢速航空器的统称，主要包括部分飞行器、航空模型、部分有人驾驶飞行器(如动力伞、滑翔翼)和空飘气球等。随着低小慢航空器的普及，对该类航空器进行侦测、识别和反制的系统需求也愈来愈强烈，对此类系统的研发也越来越紧迫，特别是针对低小慢航空器中的民用小型或微型无人航空器，例如无人机等，也称之为急需侦测、识别和反制的低小慢目标。
[0003]高清光电转台作为一种光电设备，其主要由成像模块和云台伺服机构等组成，完成低小慢飞行场景图像的采集、压缩及镜头相机等的控制，是低小慢目标反制系统的重要组成部件，因此对高清光电转台的性能测试也成为了低小慢目标反制系统发展中至关重要的内容。现阶段存在的各种光电图像模拟系统均无法高速地模拟相机图像输入，给高清光电转台的性能测试与升级验证带来巨大的困难。为实现对高清光电转台的性能测试与升级验证，核心的一种方法为基于三维场景的建模而形成模拟图像，此方法通过大型服务器对模拟的场景进行三维建模，根据低小慢目标的位置，产生新的三维模型，然后再投影到高清光电转台的成像平面，形成模拟图像，再将模拟图像通过大型服务器专用的图像加速卡输出到高清光电转台的图像输入接口。上述方法依赖于大型服务器和专用的图像加速卡，考虑其建模方法、仿真流程与复杂的计算量等各个方面，很难在嵌入式系统实现。
[0004]综上，以能够适用于普通算力的嵌入式系统为目标，如何实现对低小慢目标模拟飞行场景的图像模拟，从而快速生成模拟图像的方案亟待提出，以期能够高效地开展对高清光电转台的性能测试。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种低小慢目标高速图像模拟方法、存储介质及装置，用以解决现有的光电图像模拟系统无法高速地模拟相机图像输入以及基于三维场景建模的模拟成像方法难以在嵌入式系统实现，使得在较多场景下对高清光电转台的性能测试无法正常开展的技术问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的第一方面提供了一种低小慢目标高速图像模拟方法，包括：确定光电设备的观测坐标系，将目标模拟飞行场景内的背景和遮挡物映射到观测坐标系内的2D投影平面，得到背景图像和遮挡物图像；确定第一对应关系以及根据光电设备的成像参数确定目标的仿射变换矩阵，所述第一对应关系为目标在模拟飞行场景内的原始坐标与将该原始坐标映射到2D投影平面得到的投影坐标之间的坐标变换关系；
根据仿射变换矩阵和第一对应关系计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值，根据仿射坐标值生成目标图像；将目标图像的三维坐标与遮挡物图像的所有三维坐标进行比对，判断该目标是否被遮挡，若是，则生成第一模拟图像，否则生成第二模拟图像；其中，目标图像的三维坐标由目标图像在2D投影平面内的仿射坐标值和与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成，该第三坐标轴方向的坐标值为目标在模拟飞行场景中的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离的仿射变换值；遮挡物图像的三维坐标由遮挡物图像在2D投影平面内的坐标值和与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成，该第三坐标轴方向的坐标值为遮挡物在模拟飞行场景中的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离；第一模拟图像根据背景图像和遮挡物图像合成，第二模拟图像根据背景图像、未遮挡目标的遮挡物图像和目标图像合成。
[0007]进一步的，所述根据光电设备的成像参数确定目标的仿射变换矩阵，具体为：根据光电设备的成像参数，确定目标在2D投影平面的各个坐标轴方向的平移距离、在2D投影平面上的尺度变换系数和旋转系数；结合平移距离、尺度变换系数和旋转系数得到目标的仿射变换矩阵。
[0008]进一步的，仿射变换矩阵表示为；其中，T
x
表示目标在其中一个坐标轴方向上的平移距离，T
y
表示目标在另一个坐标轴方向上的平移距离，表示尺度变换系数，表示旋转系数。
[0009]进一步的，所述2D投影平面为XOY面，所述将目标模拟飞行场景内的背景和遮挡物映射到观测坐标系内的2D投影平面时，基于第一公式进行映射，所述第一对应关系根据第一公式生成，所述第一公式为：；其中，表示目标模拟飞行场景内的背景或遮挡物的原始坐标，表示将映射到2D投影平面所得到的坐标值，表示背景或遮挡物在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值，z表示背景或遮挡物的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离，F为与2D投影平面关联的归一化比例系数，表示背景图像或遮挡物图像的三维坐标。
[0010]进一步的，所述根据仿射变换矩阵和第一对应关系计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值，根据仿射坐标值生成目标图像，具体为：根据第一对应关系将目标在模拟飞行场景内的原始坐标映射到2D投影平面上得
到该原始坐标对应的投影坐标，其中，，w表示目标的原始坐标个数，表示目标的第i个原始坐标，表示将映射到2D投影平面所得到的投影坐标，表示目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的初始坐标值，表示目标的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离；基于各个投影坐标和仿射变换矩阵计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值和目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值，由目标在2D投影平面内的仿射坐标值和目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成目标的三维坐标；其中，F
’
表示仿射变换矩阵，表示目标在2D投影平面内的仿射坐标值，表示目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值；根据目标在2D投影平面内的仿射坐标值得到目标图像。
[0011]进一步的，所述判断该目标是否被遮挡，具体为：根据目标图像在2D投影平面内的仿射坐标值，若在同一遮挡物图像中均能找到与该仿射坐标值相同的坐标点，且该遮挡物图像在第三坐标轴方向的坐标值小于目标图像在第三坐标轴方向的坐标值，则确定目标被遮挡；否则确定目标未被遮挡。
[0012]本专利技术第一方面具有的有益效果为：（1）将低小慢目标在三维空间内的模拟飞行场景简化为二维图像的遮挡关系解析，避免了传统基于三维场景建模方法生成模拟图像时复杂的投影计算，简化了计算过程，提高了计算效率，使得模拟图像的生成过程更快，可应用于低小慢目标模拟飞行场景的实时模拟，因此该模拟图像的生成过程还兼顾了实时性，进而基于模拟图像的快速生成，提高了对高清光电转台性能测试的效率；（2）计算过程的简化，进而使得模拟参数数量变少且通信带宽变低，因此本专利技术第一方面实现的低小慢目标高速图像模拟方法可搭载于普通算力的测试设备上，相比于传统三维场景建模方法对大型服务器的依赖，简化了图像模拟设备的功能模块设计，节约了设备的搭建成本。
[0013]本专利技术的第二方面提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，包括：确定光电设备的观测坐标系，将目标模拟飞行场景内的背景和遮挡物映射到观测坐标系内的2D投影平面，得到背景图像和遮挡物图像；确定第一对应关系以及根据光电设备的成像参数确定目标的仿射变换矩阵，所述第一对应关系为目标在模拟飞行场景内的原始坐标与将该原始坐标映射到2D投影平面得到的投影坐标之间的坐标变换关系；根据仿射变换矩阵和第一对应关系计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值，根据仿射坐标值生成目标图像；将目标图像的三维坐标与遮挡物图像的所有三维坐标进行比对，判断该目标是否被遮挡，若是，则生成第一模拟图像，否则生成第二模拟图像；其中，目标图像的三维坐标由目标图像在2D投影平面内的仿射坐标值和与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成，该第三坐标轴方向的坐标值为目标在模拟飞行场景中的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离的仿射变换值；遮挡物图像的三维坐标由遮挡物图像在2D投影平面内的坐标值和与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成，该第三坐标轴方向的坐标值为遮挡物在模拟飞行场景中的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离；第一模拟图像根据背景图像和遮挡物图像合成，第二模拟图像根据背景图像、未遮挡目标的遮挡物图像和目标图像合成。2.根据权利要求1所述的一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，所述根据光电设备的成像参数确定目标的仿射变换矩阵，具体为：根据光电设备的成像参数，确定目标在2D投影平面的各个坐标轴方向的平移距离、在2D投影平面上的尺度变换系数和旋转系数；结合平移距离、尺度变换系数和旋转系数得到目标的仿射变换矩阵。3.根据权利要求2所述的一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，所述仿射变换矩阵表示为；其中，T
x
表示目标在其中一个坐标轴方向上的平移距离，T
y
表示目标在另一个坐标轴方向上的平移距离，表示尺度变换系数，表示旋转系数。4.根据权利要求1所述的一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，所述2D投影平面为XOY面，所述将目标模拟飞行场景内的背景和遮挡物映射到观测坐标系内的2D投影平面时，基于第一公式进行映射，所述第一对应关系根据第一公式生成，所述第一公式为：；其中，表示目标模拟飞行场景内的背景或遮挡物的原始坐标，表示将
映射到2D投影平面所得到的坐标值，表示背景或遮挡物在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值，z表示背景或遮挡物的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离，F为与2D投影平面关联的归一化比例系数，表示背景图像或遮挡物图像的三维坐标。5.根据权利要求4所述的一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，所述根据仿射变换矩阵和第一对应关系计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值，根据仿射坐标值生成目标图像，具体为：根据第一对应关系将目标在模拟飞行场景内的原始坐标映射到2D投影平面上得到该原始坐标对应的投影坐标，其中，,w表示目标的原始坐标个数，表示目标的第i个原始坐标，表示将映射到2D投影平面所得到的投影坐标，表示目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的初始坐标值，表示目标的原始坐标所在坐标系的三维坐标原点与2D投影平面的距离；基于各个投影坐标和仿射变换矩阵计算得到目标在2D投影平面内的仿射坐标值和目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值，由目标在2D投影平面内的仿射坐标值和目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值组成目标的三维坐标；其中，F
’
表示仿射变换矩阵，表示目标在2D投影平面内的仿射坐标值，表示目标在与2D投影平面内的坐标轴不同的第三坐标轴方向的坐标值；根据目标在2D投影平面内的仿射坐标值得到目标图像。6.根据权利要求1所述的一种低小慢目标高速图像模拟方法，其特征在于，所述判断该目标是否被遮挡，具体为：根据目标图像在2D投影平面内的仿射坐标值，若在同一遮挡物图像中均能找到与该仿射坐标值相同的坐标点，且该遮挡物图像在第三坐标轴方向的坐标值小于目标图像在第三坐标轴方向的坐标值，则确定目标被遮挡；否则确定目标未被遮挡。7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质用于与外部的处理器连接，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙顺开，瞿锐恒，李叶雨，
申请(专利权)人：海豚乐智科技成都有限责任公司，
类型：发明
国别省市：