基于视角显示的特种车辆舱外观察系统 
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Observation System of Special Vehicle Based on Perspective Display
1 南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
3 中电海康集团有限公司中电海康集团研究院, 浙江 杭州 310012
图 & 表
图 1. PSD传感器工作原理
Fig. 1. Working principle of PSD sensor
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图 2. 各坐标系转换关系示意图
Fig. 2. Relations of transformation in coordinate system
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图 3. 惯性姿态传感坐标轴关系
Fig. 3. Relation of inertial attitude sensing axis
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图 4. 基于视角显示的舱外观察系统总体结构示意图
Fig. 4. Structure of outboard observation system based on visual display
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图 5. PSD信号处理电路设计方案
Fig. 5. Design of PSD signal processing circuit
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图 6. 头盔姿态角的互补融合滤波算法流程图
Fig. 6. Flow of complementary fusion filtering algorithm for helmet attitude angle
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图 7. 头盔视角求解原理图
Fig. 7. Helmet perspective solution principle
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图 8. 透视显示器光学系统设计示意图
Fig. 8. Design diagram of optical system for perspective display
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图 9. ZEMAX等效光学设计示意图
Fig. 9. Schematic of ZEMAX's equivalent optical design
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图 10. 畸变校正效果示意图。(a)畸变校正前图像;(b)畸变校正后图像
Fig. 10. Effect of distortion correction. (a) Image before distortion correction; (b) image after distortion correction
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图 11. 基于Zynq SoC处理器的图像特征计算与配准硬件加速过程的总体结构图
Fig. 11. Overall structure diagram of hardware acceleration process of image feature calculation and registration based on Zynq SoC processor
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图 12. 高斯滤波的硬件电路实现示意图。(a)硬件电路结构;(b)高斯滤波窗函数
Fig. 12. Hardware circuit implementation of Gaussian filtering. (a) Hardware circuit structure; (b) window function of Gaussian filter
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图 13. 原始图像与高斯滤波图像效果示意图。(a)原始图像;(b)经过高斯滤波的图像
Fig. 13. Original image and effect of Gaussian filtering image. (a) Original image; (b) image filtered by Gaussian filter
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图 14. 构建高斯尺度金字塔与差分高斯金字塔的原理示意图
Fig. 14. Schematic diagram of Gaussian scale pyramid and differential Gaussian pyramid
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图 15. 并行检测硬件电路示意图
Fig. 15. Schematic of hardware circuit for parallel detection
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图 16. 图像特征极值点与特征方向确定效果图。(a)原图像;(b)特征图像
Fig. 16. Effect of image feature points and direction determination. (a) Original image; (b) characteristic image
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图 17. 基于图像特征的电子稳像硬件实现流程图
Fig. 17. Flow chart of hardware realization for electronic image stabilization based on image features
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图 18. 图像配准与融合处理的硬件实现流程图
Fig. 18. Flow chart of hardware realization for image registration and fusion processing
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图 19. 图像特征匹配与融合硬件实现实验结果。(a)左图像;(b)右图像;(c)图像特征匹配与融合示意图
Fig. 19. Experimental results of hardware realization for image feature matching and fusion. (a) Left image; (b) right image; (c) schematic diagram of image feature matching and fusion
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表 1位置探测、姿态传感与视角实验结果
Table1. Experimental results of position detection, attitude sensing and perspective
| Number | Preset view | | Measure view | | Error analysis |
|---|
| Direction angle /(°) | Pitch angle /(°) | Direction angle /(°) | Pitch angle /(°) | Direction angle error /(°) | Pitch angle error /(°) |
|---|
| 1 | 0.0 | -35.0 | | 0.5 | -34.6 | | 0.5 | 0.4 | | 2 | 45.0 | -10.0 | | 45.1 | -10.4 | | 0.1 | 0.4 | | 3 | 60.0 | +15.0 | | 59.6 | +14.9 | | 0.4 | 0.1 | | 4 | 90.0 | +27.0 | | 89.7 | +27.8 | | 0.3 | 0.8 | | 5 | 120.0 | +12.0 | | 119.8 | +12.3 | | 0.2 | 0.3 | | 6 | 330.0 | -21.0 | | 330.4 | -21.7 | | 0.4 | 0.7 | | 7 | 315.0 | -16.0 | | 314.8 | -16.9 | | 0.2 | 0.9 | | 8 | 300.0 | +23.0 | | 300.4 | +23.6 | | 0.4 | 0.6 | | 9 | 270.0 | +19.0 | | 270.6 | -19.7 | | 0.6 | 0.7 | | 10 | 240.0 | +3.0 | | 230.9 | +3.8 | | 0.9 | 0.8 |
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表 2图像特征提取情况与耗时对比实验结果
Table2. Experiment results of image feature extraction and time-consuming comparison
| Number | PC with opencv 2.4.10 | | Zynq SoC | Characteristic overlap /% |
|---|
| Number of feature points | Time consuming /ms | Number of feature points | Time consuming /ms |
|---|
| 1 | 596 | 1268.5 | | 569 | 3.6 | 91.68 | | 2 | 769 | 1568.7 | | 730 | 5.6 | 90.65 | | 3 | 439 | 1139.4 | | 416 | 3.2 | 92.34 |
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表 3电子稳像实验结果
Table3. Experimental results of electronic image stabilization
| Image type | Feature matching rate of adjacent images≥50% /% | Feature matching rate of adjacent images<50% /% |
|---|
| With electronic image stabilization | 80.34 | 19.66 | | Original image | 56.39 | 43.61 |
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蒋晓东, 于纪言, 黄建森, 朱立坤. 基于视角显示的特种车辆舱外观察系统[J]. 光学学报, 2019, 39(2): 0215005. Xiaodong Jiang, Jiyan Yu, Jiansen Huang, Likun Zhu. Observation System of Special Vehicle Based on Perspective Display[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(2): 0215005.
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