SR20飛行模擬機(jī)視景圖像融合與拼接技術(shù)研究與探討

田青

摘要：圖像拼接技術(shù)是把一系列具有重疊部分的圖像序列通過(guò)特征匹配合成一張寬視角的大場(chǎng)景圖像，是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的重要研究課題。

Abstract： The technique of image splicing is to combine a series of overlapping image sequences into one by feature matching. Large-scene images from perspective are important in computer vision， computer graphics and virtual reality research topics.

關(guān)鍵詞：視景融合;圖像拼接;模擬機(jī)

Key words： visual fusion;image splicing;simulator

0? 引言

飛行模擬機(jī)的視景仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種重要的表現(xiàn)形式。模擬機(jī)的視景系統(tǒng)是利用實(shí)時(shí)生成的計(jì)算機(jī)圖像，在座艙外的屏幕上產(chǎn)生實(shí)時(shí)飛行環(huán)境。這些圖像不僅包括機(jī)場(chǎng)與跑道、燈光、建筑物、地形地貌等。視景系統(tǒng)還能模擬能見(jiàn)度和各種氣象條件，使飛行訓(xùn)練人員在虛擬世界有身臨其境的感覺(jué)。飛行模擬機(jī)的視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1? 圖像融合和拼接技術(shù)的基本原理

目前，視景系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛、技術(shù)相對(duì)成熟的呈現(xiàn)方法就是投影顯示。投影顯示系統(tǒng)相比較其他顯示方式最大的優(yōu)勢(shì)就是觀察視野開(kāi)闊，不管是使用環(huán)形屏幕還是球幕都能使眼點(diǎn)到屏幕的距離放的足夠大，給用戶提供縱深感和真實(shí)感較強(qiáng)的體驗(yàn)。投影圖像的圖像融合技術(shù)和拼接是投影顯示的重要技術(shù)點(diǎn)。圖像融合技術(shù)是將多種不同的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，進(jìn)而更加全面更加詳細(xì)的反應(yīng)觀測(cè)目標(biāo)。圖像拼接技術(shù)利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配之后，合成一幅寬視角圖像。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中，人們可以利用圖像拼接技術(shù)得到寬視角的圖像或360°全景圖像，用來(lái)虛擬飛行的實(shí)際場(chǎng)景。

投影顯示系統(tǒng)配置的側(cè)面圖如圖2所示，圖中包含局部環(huán)形屏幕、顯示系統(tǒng)固定安裝結(jié)構(gòu)、三臺(tái)投影儀、包括鏡頭和固定裝置。

2? 圖像融合與拼接技術(shù)在SR20模擬機(jī)的具體應(yīng)用

勾選“客服端選擇”中的全選按鈕，再勾選校正控制框中的開(kāi)關(guān)校正和顯示網(wǎng)格選項(xiàng)，如圖4所示，此時(shí)幕上就會(huì)顯示出三通道網(wǎng)格狀態(tài)，觀察畫(huà)面上呈現(xiàn)的網(wǎng)格狀態(tài)，判斷出融合區(qū)域網(wǎng)格重合狀態(tài)，然后通過(guò)手動(dòng)微調(diào)投影儀的方式讓網(wǎng)格線重合，這種方式基本上能修復(fù)好因投影儀錯(cuò)位導(dǎo)致的融合不良情況，如果未能解決，請(qǐng)進(jìn)入下一步。

當(dāng)手動(dòng)微調(diào)投影儀后仍舊無(wú)法對(duì)齊網(wǎng)格，達(dá)不到理想融合狀態(tài)時(shí)，則需要對(duì)校正網(wǎng)格進(jìn)行微調(diào)。首先按步驟一打開(kāi)校正服務(wù)器，并按步驟二讓幕上呈現(xiàn)出三通道的網(wǎng)格狀態(tài)。然后只去除步驟二中的客戶端選擇的全選勾，只勾選你想要調(diào)整的通道即可。如圖5所示。

然后通過(guò)梯形約束結(jié)合弧面約束的方式，讓融合區(qū)域的網(wǎng)格和相鄰?fù)ǖ谰W(wǎng)格重合。然后保存校正數(shù)據(jù)發(fā)送校正數(shù)據(jù)。

3? 梯形約束使用方法

3.1 基準(zhǔn)線的選擇

基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇遵循如圖7所示的原則。

選中如圖所示兩個(gè)點(diǎn)，再按R后選中兩點(diǎn)之間的線段，按Q+R則選中整條線段圖，如圖8所示。

3.2 梯形約束

①選取梯形約束模式;

②選取需要作為基準(zhǔn)的線段或線;

③選取要作為基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)按E則或出現(xiàn)一個(gè)大黑點(diǎn)和小的黑點(diǎn)，大的黑點(diǎn)為梯形約束基準(zhǔn)點(diǎn)（不動(dòng)的點(diǎn)），小黑點(diǎn)為需要移動(dòng)的點(diǎn)，通過(guò)E鍵可在大黑點(diǎn)和小黑點(diǎn)件進(jìn)行切換;

④通過(guò)WASD三個(gè)字母鍵控制小黑點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)到需要重合的位置。

3.3 弧面約束

①選取徐勉約束模式;

②選取需要作為基準(zhǔn)的線段或線;

③直接圈選要移動(dòng)的點(diǎn)（小黑點(diǎn)）作為弧面約束的移動(dòng)點(diǎn);

④通過(guò)WASD三個(gè)字母鍵控制小黑點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)到需要重合的位置。

3.4 融合帶亮度調(diào)節(jié)

如果融合帶亮度出現(xiàn)不理想的狀態(tài)這需要對(duì)融合帶亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。選取進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的通道;選擇面模式對(duì)Gm條進(jìn)行上下拖動(dòng)，當(dāng)融合帶亮度達(dá)合適時(shí)，停止拖動(dòng)Gm條;再將L條拖動(dòng)到最上最后拖動(dòng)到最下方保證其值為1.00;然后保存校正數(shù)據(jù)，發(fā)送校正數(shù)據(jù)。

3.5 校正數(shù)據(jù)保存和備份

對(duì)該次校正數(shù)據(jù)進(jìn)行保存?zhèn)浞荩蜷_(kāi)IOS桌面校正融合文件夾，打開(kāi)data文件夾，將文件夾中的三個(gè)文件復(fù)制拷貝出來(lái)，放入以設(shè)備編號(hào)和修改日期命名的文件夾中保存?zhèn)浞荨Ｈ绺鼡QIOS并需要再次對(duì)該套設(shè)備進(jìn)行融合校正處理的時(shí)候，則需要將該復(fù)制的三個(gè)文件放入data中覆蓋原文件即可獲得修復(fù)時(shí)保存的網(wǎng)格狀態(tài)。如圖12所示。

4? 結(jié)論

圖像融合技術(shù)在多尺度分析時(shí)，根據(jù)圖形被分割的矩形塊的尺寸的不同，圖像融合的實(shí)際效果會(huì)有很大區(qū)別，會(huì)導(dǎo)致顯著塊效應(yīng)。因此也會(huì)對(duì)模擬機(jī)使用者的觀察造成一定程度的影響。所以在后續(xù)的工作中在對(duì)融合后矩形塊區(qū)域的交界處進(jìn)行濾波處理從而更好的消除塊效應(yīng)對(duì)視覺(jué)產(chǎn)生的不良影響。

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