[发明专利]一种直升机载环境下的三维场景实时更新方法

说明书

本发明属于三维重建、态势感知领域，公开了一种直升机载环境下的三维场景实时更新方法，该方法以合成视觉技术为基础，步骤包括：机载惯导设备以及光电瞄准线位姿数据解析、地形空间变换矩阵构建、多视角变换矩阵构建、场景节点变换矩阵应用。本发明合成视觉场景在该方法驱动下，可生成连续实时更新的飞机外部场景，或者由外部观察的飞机运动场景。

技术领域

本发明属于三维重建、态势感知技术领域，涉及一种直升机载环境下的三维场景实时更新方法。

背景技术

直升机在恶劣视觉条件下的损毁率在世界范围内一直都居高不下，航空业的统计数据显示，直升机事故数量是固定翼飞机的十倍以上。美国陆军在两伊战争期间由于非敌方火力导致损失了130架直升机损毁。仅2013年一年全球范围内统计到的损失直升机总计有537架，除去事故数量中约35％的无法找到原因，其余的事故数量约一半与环境有关，包括雨，雪，雾，沙尘等导致不同程度的恶劣视觉条件。进一步的研究表明，任何可导致恶劣视觉条件的情况，包括昏化的日间光照，强光，雪盲环境，黑夜，都会严重影响飞行员对外界环境的感知能力。

在恶劣视觉条件下，帮助飞行员有效地感知外部环境和态势是降低直升机事故数量，提升直升机战场生存力的一个主要技术思路。

航天技术以及测绘技术的不断发展，产生了大量的可用于描述地球表面地理信息的高精度地形数据；可利用地形数据结合地形三维重建技术实现超大规模的三维地理信息场景生成，是超大规模虚拟现实场景技术的一个典型应用。机载的惯导系统提供的空间定位功能，实际上是利用GPS或北斗系统进行现代空间定位技术发展的结晶；将二者技术结合起来，找到为军用直升机在恶劣视觉下克服挑战提升性能的方法，是本专利提出方法要解决的问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种直升机载环境下的三维场景实时更新方法，主要用于恶劣视觉条件下，在包括雨、雪、云、雾、霾、沙尘等恶劣视觉条件时，飞行员无法有效感知外部环境，利用合成视觉技术合成的三维场景，结合本专利提供的方法，可提供给飞行员一个实时更新渲染的周围态势环境，并根据不同飞行阶段，可切换至多个不同视点下实时更新渲染的场景，对提高直升机在恶劣视觉条件下的飞行安全、以及辅助进行目标侦察、目标跟踪以及路线分析、环境态势感知方面都有一定的应用潜力。

(二)技术方案

为实现实时更新渲染飞机外部的三维场景，本发明以合成视觉技术合成的三维场景为基础，采集载机的位置姿态数据和光电瞄准线的姿态数据，利用处理后的数据，生成载机空间位姿转换矩阵，和多视点空间转换矩阵。利用载机预置数据和图形引擎可预先生成飞行区域静态三维场景，该场景可视作固定的场景节点树，利用实时载机数据构建的空间变换矩阵和多视点变换矩阵，应用到场景节点树进行空间变换计算，可生成对应于载机位置和姿态下的场景，以及对应视点下的场景；利用实时接入的数据，不断重复上述步骤，便可生成连续不断实时更新的场景，从而提供给飞行员实时更新的环境态势，以及不同视点下的实时更新的环境态势。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的直升机载环境下的三维场景实时更新方法，整体技术效果体现在以下两个方面：

(一)本发明在设计通过相关技术手段实现生成连续不断实时更新的飞机外部三维场景，形成连续的三维态势感知环境。对于受恶劣视觉条件影响的外部环境观察，提供非常直观的感知效果。

(二)本发明生成的视觉环境能够让观察者选择切换至不同视点和视角方向。在低空飞行阶段，以及起飞和着陆阶段，能够提供给飞行员以第三视角观察飞机与场景的相对位置和姿态，便于飞行员更加有效的感知飞机面临的与地形，地物，山峰等障碍物以及着陆区的接近程度。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。