[发明专利]一种全景视觉观察系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及全景视觉系统，特别是一种用在具有高度机动性且外部视野不足的移动装备上的、可全天候、全方位显示外部景象的实时观察系统及其工作方法。

背景技术

人类感知客观世界有70％的信息是由视觉获取的，眼睛是人类最主要的感觉器官，图像视觉信息是人类从客观世界获得信息的主要来源之一。众所周知，视觉是一种感知周围环境最复杂的手段，也是最有效的手段。随着科学技术的发展，计算机视觉的应用范围日益扩大，其目的就是使用计算机代替人眼及大脑对周边环境进行感知、解释和理解，例如在军用或安全车辆上，驾驶员通常需要观察其车辆周围所发生的情况又尽量避免将自己暴露给敌人，所述计算机视觉便是应用于此。

随着成像技术和图像并行处理技术的飞速发展，全景视觉系统将在对运动目标检测和跟踪、对空间目标探测与跟踪、对外部空间探测及视频监控等军用、民用领域获得广泛的应用前景。在外太空探测领域，如登陆火星、月球进行探测，视觉环境感知更是必不可少的重要技术手段之一，像这样全方位的获取周围环境视觉信息的要求，是传统视觉环境感知系统所不能够满足的。传统视觉主要依赖视野有限的局部信息，存在精度差、视景范围小、作用距离短、实时性差等不足，缺乏获取全局与大尺度信息的手段，所以当视觉传感器或被观察物体突然移动时会导致目标物体移出视觉传感器的视野范围。

与传统视觉环境感知系统的可视范围较小不同，全景成像指大于半球视场(360°×180°)的球面成像。它的主要功能即为将透视全景图像还原成符合人眼观察习惯的展开图像，以便于监控观察。由于全景成像可视范围大于半球这一特殊的视场优势，成为了视觉环境感知领域的研究热点，并且在军事和民用等领域有着广阔的应用前景。通常，全景图像处理使用计算机作为平台，完整的计算机图像处理系统一般包括视频输入装置、图像采集卡、计算机系统(包括处理器，主板，内存，以及硬盘)等。由摄像头产生的模拟视频信号经过图像采集卡后，变为数字图像信号，存储于计算机的内存中，根据计算机操作员的指令或者预先编制的程序，计算机调用实时图像处理程序进行处理。处理结果以文件形式存于计算机硬盘上或者在计算机监视器上显示。但是这种视觉系统成本较高而且体积较大，能耗较高，在一些移动平台或高可靠性的场合并不适用。

最近，已有使用万向架安装的摄像机来提供展示于平板显示器或头盔显示器上的全景视觉系统。在所述系统中，取景方向通常可通过改变所述万向架安装的摄像机的取景方向来调节。通常，诸如控制杆或头部跟踪器的指向装置控制取景方向。但由于固有的机械运动延迟限制了改变所需图像的速度，所以万向架安装的摄像机是有缺点的。此外，其需要巨大、笨重、高度复杂且昂贵的专用计算机用以图像俘获和处理也是其不足之处。

因此，不需要专用计算机并可平稳地将所述多台摄像机的邻近视野混合在一起，且能使驾驶员在全景取景区域内跟踪移动目标的多摄像机全景可视系统将是有益的。

为了提高现代一些军事设施的电子信息识别能力和信息化操作的整体水平，本发明充分发挥了现代电子影象技术在信息采集、传输、反馈和记录方面的积极作用，提供了一种在移动装备上应用的观察系统，以进行实时场景影象信息的即时采集、传输、反馈和记录，为军事决策和指挥协调提供直观依据。它包括一种可全方位显示外部景象的实时观察系统及其工作方法，可应用于坦克、装甲车、飞机、直升机、潜艇、太空设备等移动的装备上，能够稳定、高效的观察周围环境及自动跟踪目标物体。此观察系统不仅能够减少安装的摄像机数量、有效降低能量消耗、减轻重量，而且使用无线传输，使得布线的复杂性、散热等关键指标得以改善，与传统方法相比具有更大的优势。

根据本发明，其观察系统包括多个视觉传感器，每个视觉传感器从其摄像机的视野产生图像数据。此外，每个摄像机的视野与一邻近视野重叠。所述微处理器电路混合编辑处理来自所述重叠视野的图像数据以生成全景数据。

本发明还包括一内部显示控制系统，优选为一头盔，在所述头盔上设有一无线信号收发器、一微处理器电路、一头盔角度传感器和一显示屏。所述微处理器电路实现了更快的数据更新速度和数据信息的智能显像，优选地，头盔上还设有一显示屏旋转轴。

该系统可以为移动装备驾驶员或成员间的合作及实施有效打击威胁目标提供360°视觉态势感知能力，它可以让驾驶员在驾驶的同时全面了解作战情况。该系统的另一个特别的能力是，可以在各种天气条件下，昼夜提供360°景象，让驾驶员能够在极限环境中持续作战。