[發明專利]一種基于紅外夜視儀的三維虛擬場景實時構建方法及裝置

有效

• 申請號: 201811338437.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109714567B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 莫劍飛;楊靜宇;戴鵬睿;潘云蛟
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司七五0試驗場
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N5/76;H04N5/33;G01D21/02;G06T17/00
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1.一種基于紅外夜視儀的三維虛擬場景實時構建方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟1、建立油田設施三維模型；所述建立油田設施三維模型的方法為：根據油田設施的圖紙、照片、外形尺寸，使用建模工具制作三維幾何外形，并根據場景顯示范圍進行LOD劃分，生成不同層級的LOD模型，經過貼圖、顏色渲染，形成可調用的油田設施三維模型，油田設施包括平臺；

步驟2、根據油田區域地理信息GIS數據，制作監控區域地理模型；所述監控區域地理模型的制作方法為：根據油田數字高程模型DEM、地質勘探結果、影像數據，提取出包括經度、緯度、高程信息及海岸線、地標的矢量數據，經過內插、柵格劃分、三角網生成、投影及坐標轉換、LOD結構劃分、紋理映射、紋理貼圖處理，生成地理模型；

步驟3、建立水下管纜的三維模型；

步驟4、由紅外夜視儀對監控區域進行視頻拍攝與記錄；

步驟5、根據紅外夜視儀當前工作參數與實際工作狀態，確定三維虛擬場景顯示區域與參數，所述確定三維虛擬場景顯示區域與參數的方法為：根據紅外夜視儀倍率、焦距、水平視角、高低視角、云臺水平旋轉角度范圍、云臺高低旋轉角度范圍、紅外清晰視距、模糊視距參數，建立圖像二維位置到空間三維位置的轉換模型，并計算三維虛擬場景中的遠裁剪面、近裁剪面和透視投影的視錐角度參數；

步驟6、根據步驟5中紅外夜視儀的指向，俯仰角、視場范圍，控制雷達、聲吶掃描紅外夜視儀監控區域，獲得目標探測數據，所述目標探測數據的獲取方法：通過雷達、聲吶掃描紅外夜視儀，獲取各傳感器探測數據，對多傳感器探測數據進行配準與融合，從而對目標進行檢測、識別和跟蹤；

步驟7、對雷達、聲吶探測數據進行數據處理和坐標變換；

步驟8、根據步驟5給出的三維虛擬場景顯示區域計算結果，調動該范圍內的地理模型、油田設施三維模型、水下管纜三維模型，通過將油田設施三維模型和水下管纜三維模型經地理坐標轉換配準并與地理模型集成后，構建監控區域靜態三維虛擬場景；

步驟9、依據雷達、聲吶探測數據在三維虛擬場景中加載三維目標模型，并實時驅動三維目標模型在三維虛擬場景中運動，同時顯示目標屬性；所述目標屬性包括速度、航向、距離、水面或水下；所述三維目標模型包括油田設施三維模型和水下管纜三維模型，根據實時探測到的水面和水下目標信息，驅動三維目標模型在三維虛擬場景中運動，將目標屬性信息和威脅判斷信息實時融合顯示在監控區域三維虛擬場景中；

步驟10、將三維虛擬場景和紅外夜視儀監控圖像進行對比，互為印證，完成對目標的識別和跟蹤，獲得融合的目標信息；

步驟11、隨著紅外夜視儀指向、俯仰角、視場參數變化，不斷重復步驟4至步驟11，完成紅外夜視儀視場范圍對應的三維虛擬監控場景的實時構建、調度和顯示。

2.一種基于紅外夜視儀的三維虛擬場景實時構建裝置，其特征在于，包括紅外夜視儀，紅外圖像處理工作站、以太網交換機、三維虛擬場景要素庫和綜合處理工作站；

所述以太網交換機，通過網線與紅外夜視儀、雷達、聲吶、三維虛擬場景要素庫、紅外圖像處理工作站、綜合處理工作站相連接，用于各設備間數據傳遞和交互；

所述紅外夜視儀安裝于云臺上，通過方位和俯仰上的旋轉，完成對監控區域的覆蓋觀察，并將圖像傳送給紅外圖像處理工作站進行處理和存儲；

所述紅外圖像處理工作站用于對紅外夜視儀進行參數設定與控制，接收紅外夜視儀圖像，完成圖像處理、輸出、存儲，并將紅外夜視儀工作參數實時發送給綜合處理工作站；

所述三維虛擬場景要素庫主要用于存儲預先建立好的油田設施三維模型、監控區域地理模型和水下管纜三維模型；

所述綜合處理工作站，包含有三維虛擬場景范圍計算模塊、雷達數據處理模塊、聲吶數據處理模塊、數據坐標轉換模塊，視點計算模塊、三維虛擬場景調度管理模塊、三維目標模型驅動模塊；所述綜合處理工作站用于根據紅外夜視儀工作參數，控制雷達、聲吶對相應區域進行探測，雷達數據處理模塊、聲吶數據處理模塊分別對接收到的探測數據進行處理，主要包括目標檢測、濾波、航跡起始、航跡關聯，形成目標軌跡信息，通過數據坐標轉換模塊，將雷達、聲吶目標軌跡轉換為三維虛擬場景中的坐標；

所述三維虛擬場景范圍計算模塊用于根據紅外圖像處理工作站提供的紅外夜視儀實時工作參數，進行三維虛擬場景范圍計算，根據計算結果，確定處于構建范圍內的平臺、水下管纜和地形，然后由三維虛擬場景調度管理模塊從三維虛擬場景要素庫中調出相應模型，完成靜態場景構建，渲染和調度顯示；

所述三維目標驅動模塊用于根據數據坐標轉換模塊的輸出，調用三維目標模型，將目標三維目標模型顯示在三維虛擬場景中并根據數據進行實時驅動，同時將目標屬性顯示在三維目標模型旁邊；所述視點計算模塊用于根據初始時紅外夜視儀在被監控區域中的實際位置，計算三維虛擬場景中視點對應位置，隨著視點根據場景表現需要自動或由用戶控制而發生改變時，實時計算視點在三維虛擬場景中的位置，并刷新三維虛擬場景顯示信息。