一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法与流程

文档序号:21637769发布日期:2020-07-29 02:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,包括四旋翼无人机(1)、云台(2)、光学相机(3)、红外相机(4)、飞行遥控器(5)、视频传输模块(6)、拍照远程控制模块(7)、高精度定位数据获取与传输模块(8)、地面站(9)及仿真计算软件,其特征在于:所述四旋翼无人机(1)的下方安装有云台(2),所述云台(2)上安装有光学相机(3)、红外相机(4)的任意一种,所述飞行遥控器(5)控制四旋翼无人机(1),以及云台(2)的俯仰和横滚控制,所述视频传输模块(6)的视频摄像头安装在光学相机(3)或红外相机(4)的上方,与相机同视野,所述拍照远程控制模块(7)由相机快门控制信号发射板与接收控制板组成,所述相机快门控制信号发射板部署在地面站(9)上,所述相机快门控制信号接收控制板安装在云台(2)上,所述拍照远程控制模块(7)的相机快门控制信号接收控制板安装有红外发射器,发射红外信号对准光学相机(3)、红外相机(4)任意一种的快门控制红外接收器,所述高精度定位与数据传输模块(8)安装于四旋翼无人机(1)的机顶,所述飞行遥控器(5)和地面站(9)部署在地面,供用户实时使用,所述仿真计算软件安装于地面站(9)上。

2.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述四旋翼无人机(1)包含飞控、导航定位模块所述飞控选用开源飞控软件ardupilot以及兼容该飞控软件的pixhawk飞控板,并选用兼容北斗的gps接收机模块,并修改配置,同时接收北斗及gps的卫星数据并解算。

3.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述云台(2)支持俯仰以及横滚,装有远程无线控制模块。

4.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述光学相机(3)为pix4d软件支持光学单反相机,采集的图片和高精度定位信息可以pix4d软件输入,实现目标与背景三维模型快速重构。

5.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述视频传输模块(6)由视频摄像头、视频发射板和视频接收板组成,用于四旋翼无人机(1)携载光学相机(3)或红外相机(4)飞行拍照过程中视场监视,辅助选择合适的拍摄视角,所述视频发射板安装在四旋翼无人机(1)下方,用于无遮挡向地面传输视频图像,所述视频接收板通过usb接口连接地面站(9),由地面站(9)显示接收视频。

6.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述高精度定位数据获取与传输模块(8)包含厘米级gps定位板,以及数据发射板和数据接收板,用于将拍照时刻无人机的精确定位信息传输到地面,配合对应的照片进行统一存储。

7.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述地面站(9)为一台具有计算性能与图像计算功能的笔记本电脑,通过视频接收板接收数据查看四旋翼无人机(1)实时视频。

8.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统,其特征在于:所述仿真计算软件包括pix4d软件(10)、光学场景仿真模块(11)、伪装方案设计模块(12)、红外目标特性预测模块(13)、光学/红外探测模拟模块(14)、三维场景显示模块(15)、评估计算模块(16)、目标模型库(17)、背景环境库(18)、红外目标特性库(19)与红外特性材质库(20)。

9.根据权利要求1所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤一,在仿真建立前,准备数据库数据,利用四旋翼无人机(1)进行目标、背景多角度图像数据采集,利用pix4d软件(10)将采集的多维度图像处理生成三维数据,将生成的目标三维模型数据存入目标模型库(17),背景三维模型数据存入背景环境库(18);利用物理仿真方法对建立的目标及背景进行典型气象条件下的仿真,并利用四旋翼无人机(1)搭载红外相机(4)采集数据进行校验,校验后将数据存入红外目标特性库(19),为红外目标特性快速计算提供数据基础;

步骤二,根据伪装地点设置需要,从背景环境库(18)选择需要的背景,并导入背景三维模型数据,在显示区显示;

步骤三,对导入的背景三维模型进行材质分类,此过程为人工操作,用户通过点击软件背景材质分类后进入背景编辑状态,手工圈好一块曲线封闭的背景后,从材质库中选择背景材质;

步骤四,进行伪装方案设计,用户在背景中选择伪装地点,然后从目标模型库(17)选择目标以及所用的伪装器材,软件自动根据用户设置生成伪装方案场景;

步骤五,设置仿真模拟的日期时间和气象条件;

步骤六,设置伪装场景仿真波段,包括光学、红外,支持用户自定义波段编辑;

步骤七,进行模拟探测设置,包括近景观测、高空探测模拟,支持光学、红外探测器参数编辑;

步骤八,仿真运行,按照先前设置的伪装方案与仿真参数进行仿真,其中,红外场景基于红外目标特性库(19)进行快速计算,拟合新设置的气象条件,结束后将仿真结果在显示区显示;

步骤九,评估计算,在仿真运行基础上,截取多个视角的近景观测、高空探测模拟仿真图像,基于仿真图像进行伪装效果评估计算,给出伪装方案评估等级及建议;

步骤十,用户根据评估结果及建议判断该方案是否满足需要,满足则保存该方案并导出指导伪装作业,若不满足则回到步骤四,重新进行伪装方案设计,直到满足要求。

10.根据权利要求9所述的基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计方法,其特征在于:所述步骤九,评估计算的步骤包括:

步骤1,建立基于仿真数据伪装方案评价样本库,利用基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统仿真输出能够覆盖方案从优到差的伪装场景实例,实例数量不少于100个,涵盖最好和最差的实例;找不少于10位伪装专家对实例进行打分,对各实例取平均分作为样本得分,建立伪装方案仿真数据标准样本;

步骤2,制定多个可提取参量,选择仿真图像的亮度平均值(a1)、亮度方差(a2)、二阶距(a3)、图像熵(a4)、惯性矩(a5)、相关性(a6)、灰度直方图(a7)7个参量;

步骤3,考虑可见光图像和红外图像内在结构纹理的差别,评估选用的图像特征有所不同,分别建立可见光、红外伪装效果评价指标体系与指标权重,二者建立方法相同,提取各仿真数据标准样本目标与背景亮度平均值(a1)、亮度方差(a2)、二阶距(a3)、图像熵(a4)、惯性矩(a5)、相关性(a6)、灰度直方图(a7)的差值,记为xi={xi1,xi2,...,xi7}(i=1,2,...n),n为样本数量,xi1,xi2,...,xi7为第i个样本提取的7个图像特征指标值;

步骤4,确定指标构成,首先对上一步xi样本数据归一化,采用z-score法,取:

s分别为均值和仿真

然后,计算xi样本数据的相关系数矩阵:r={rij},(i,j=1,2,...7),rij采用下式计算:

最后,设置一个相关系数阀值rm,rij>rm,则认为两个指标相关性强,设置rm=0.8,在两个指标之间选择有代表性的指标,给出的原则是除去对比的两个指标外,该指标与其他几个指标相关系数平方加权和srj最小,则认为是典型指标,例如二阶距与相关性(a3,a6)两个指标相关系数大于0.8,通过计算:

若sr3<sr6,则二阶距与相关性(a3,a6)两个指标选择二阶距(a3)为典型指标,否则选择相关性(a6)为典型指标;

步骤5,确定指标权重,针对选取的典型指标,采用熵权法计算指标权重,各指标权重计算公式为:

式中,(yij为归一化的指标值);

步骤6,伪装效果分级,根据仿真数据标准样本专家得分进行伪装效果分级;

步骤7,导入待评价的可见光或红外仿真数据,选择目标区域,根据选择的目标区域计算提取与该目标比对的直接背景;

步骤8,根据选择的指标计算目标与直接背景的指标值;

步骤9,根据确定的指标权重和伪装分级进行效果评估,得到评估结果,指导伪装方案优化。


技术总结
本发明属于计算机仿真技术领域,具体涉及一种基于仿真评估分析的伪装方案辅助设计系统及方法,包括四旋翼无人机、云台、光学相机、红外相机、飞行遥控器、视频传输模块、拍照远程控制模块、高精度定位数据获取与传输模块、地面站及仿真计算软件。本发明结合光学和红外仿真技术,能够快速模拟各种气象条件下的伪装场景,考虑大气衰减传输效应,采用探测器模拟技术生成伪装目标探测图片,并给出了一种基于仿真数据的伪装方案评价方法,对伪装方案进行仿真评估,指导方案优化设计。本发明能够解决光学波段、红外波段伪装方案效果仿真评估与优化问题,实现满足“方案设计‑>仿真模拟‑>评估计算‑>方案优化”设计闭环的伪装方案辅助设计系统。

技术研发人员:李洪彬;李晶晶;凌军;蒋晓军
受保护的技术使用者:中国人民解放军63983部队
技术研发日:2020.04.23
技术公布日:2020.07.28
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