CN103776297A - 基于特征图形的激光目标识别系统及其识别方法 - Google Patents

基于特征图形的激光目标识别系统及其识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于特征图形的激光目标识别系统及方法，包括场景生成单元、显示单元、至少二个激光发射部件、图像采集单元、滤光装置和目标解算单元，还包括至少二个微衍射光学元件，所述微衍射光学元件与激光发射部件一一对应，微衍射光学元件置于激光发射部与显示单元之间，所述各个微衍射光学元件产生的特征图像各不相同。本发明通过单个图像采集单元识别多种激光目标，从而节约资源和空间，可广泛适用于各种模拟射击系统。

Description

基于特征图形的激光目标识别系统及其识别方法
技术领域
本发明属于目标识别技术领域，特别是一种可对同一环境中多种不同激光目标类型和光点坐标进行实时识别的基于特征图形的激光目标识别系统。
 
背景技术
激光目标识别主要用于在人机交互的三维场景中产生互动反应，比如武器模拟射击系统中。现有激光目标识别系统采用基于激光波长的识别技术。现有激光目标识别系统由场景生成单元、显示单元、激光发射部件、图像采集单元、目标解算单元组成，现有技术如需识别多种武器模拟器，则每增加一个模拟器就要增加一种不同波长对应的图像采集单元和滤光装置，造成资源和空间的浪费，且该现有技术受激光波长的限制，无法进行大量扩展，能够识别的目标类型有限，也限制了识别目标的数量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于特征图形的激光目标识别系统及其识别方法，能通过单个图像采集单元识别多种激光目标，从而节约资源和空间。
实现本发明目的的技术解决方案为：提供一种基于特征图形的激光目标识别系统，包括场景生成单元、显示单元、至少二个激光发射部件、图像采集单元、滤光装置和目标解算单元，还包括至少二个微衍射光学元件，所述微衍射光学元件与激光发射部件的发射口处一一对应安装，所述微衍射光学元件置于激光发射部件与显示单元之间，所述各个微衍射光学元件具有不同特征图像的衍射孔，所述激光发射部件透过所述微衍射光学元件将光点显示在显示单元上，所述图像采集单元透过所述滤光装置采集显示单元上的特征图像，由所述目标解算单元运算后发送至场景生成单元，最后由场景生成单元转换形成的目标场景坐标通过连接的显示单元进行显示。
本发明的进一步限定技术方案是，前述的基于特征图形的激光目标识别系统，所述微衍射光学元件产生的特征图像采用两条相交线段为特征形状，不同的线段长度和相交角度代表不同的特征图形。
前述的基于特征图形的激光目标识别系统，所述微衍射光学元件为带有特征图形的平面透镜。
     前述的基于特征图形的激光目标识别系统，所述显示单元由投影仪和投影屏幕组成。
    一种基于特征图形的激光目标识别方法，包括以下步骤：
S1、由场景生成单元将三维虚拟场景或实拍场景通过显示单元进行显示；
S2、激光发射部件安装在待识别目标上，激光透过微衍射光学元件，将微衍射光学元件上的特征图形通过衍射投射到一定距离处的屏幕上，形成特定图形的光点；各个微衍射光学元件产生的特征图像各不相同，从而有效区分不同的激光发射部件；
S3、图像采集单元通过滤光装置过滤掉其它无关的光源，对光点所在的屏幕进行扫描，将扫描获得的当前屏幕上包含所有光点的图片传递给目标解算单元；
S4、目标解算单元的识别处理程序通过相空间转换方法提取出该图片上所有的直线和直线的端点信息，获得图片上所有光点的角度与长度，及光点坐标；通过比较预定义的目标类型与光点特征对应关系，解算出所有目标的类型和光点坐标，然后将目标类型和光点坐标传递给场景生成单元；
S5、场景生成单元将光点坐标转换成目标场景坐标，结合目标类型，计算出当前激光发射部件的各种状态，并显示在显示单元上。
前述的基于特征图形的激光目标识别方法，所述微衍射光学元件产生的特征图像采用两条相交线段为特征形状，不同的线段长度和相交角度代表不同的特征图形。
前述的基于特征图形的激光目标识别方法，所述微衍射光学元件为带有特征图形的平面透镜。
前述的基于特征图形的激光目标识别方法，所述显示单元由投影仪和投影屏幕组成。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本技术方案通过在每个激光发射部件之前增加具有不同图像特征的微衍射光学元件，使得照射到显示单元上的激光点带有某种图像特征，使得采集的激光图形特征能够被准确地识别和定位，以单个图像采集单元识别多种激光目标，从而大幅节约资源和空间。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明基于特征图形的激光目标识别系统的结构示意图。
图2是本发明基于特征图形的激光目标识别系统的工作原理框图。
图3是本发明基于特征图形的激光目标识别系统的工作流程图。
图中：1 场景生成单元，2 显示单元，3激光发射部件，4 图像采集单元，5，滤光装置，6 目标解算单元，7 微衍射光学元件。
 
具体实施方式
本实施例提供一种基于特征图形的激光目标识别系统，如图1所示，包括场景生成单元1、显示单元2、至少二个激光发射部件3、图像采集单元4、滤光装置5和目标解算单元6，还包括至少二个由带有特征图形的平面透镜构成的微衍射光学元件7，显示部件由投影仪和投影屏幕组成，微衍射光学元件7与激光发射部件3的发射口处一一对应安装，微衍射光学元件7置于激光发射部件3与显示单元2之间，各个微衍射光学元件7具有不同特征图像的衍射孔，激光发射部件3透过微衍射光学元件7将光点显示在显示单元2上，图像采集单元透过滤光装置5采集显示单元2上的特征图像，由目标解算单元6运算后发送至场景生成单元1，最后由场景生成单元1转换形成的目标场景坐标通过连接的显示单元2进行显示。
本技术方案通过在每个激光发射部件之前增加具有不同图像特征的微衍射光学元件，使得照射到显示单元上的激光点带有某种图像特征，使得采集的激光图形特征能够被准确地识别和定位，以单个图像采集单元识别多种激光目标，从而大幅节约资源和空间。
本实施例的微衍射光学元件7产生的特征图像采用两条相交线段为特征形状，不同的线段长度和相交角度代表不同的特征图形；不同的特征图形的相交角度之间设置足以将不同的特征图形区别开来的几何保护间隔；不同的特征图形的线段长度之间设置足以将不同的特征图形区别开来的几何保护间隔。
微衍射光学元件是一块带有特征图形的平面透镜，激光通过该透镜后形成带有特征图形的光点。特征图形具有以下要求：采用两条线段相交为专用设计形状，不同的特征图形有不同的相交角度和长度。引入多种目标特征时，为每个特征形状设置一定角度的几何保护间隔，避免误判。保护间隔的大小与图像采集单元4的分辨率及目标解算单元6的能力相关，通过实验确定。同时，采用两条相交线段为特征形状，容易实现不同目标的区分，且消耗计算资源少，计算量小。
       如图2、3所示，本发明基于特征图形的激光目标识别方法的工作过程为：
场景生成单元1将三维虚拟场景或实拍场景通过显示单元2进行显示；
每个激光发射部件3包括一激光源，其前面都设有一微衍射光学元件7；
激光源安装在待识别目标上，激光透过微衍射光学元件7，将微衍射光学元件7上的特征图形通过衍射投射到一定距离处的屏幕上，形成特定图形的光点；各个微衍射光学元件7产生的特征图像各不相同，从而有效区分不同的激光发射部件3；
图像采集单元4通过滤光装置5过滤掉其它无关的光源，对光点所在的屏幕进行扫描，将扫描获得的当前屏幕上包含所有光点的图片传递给目标解算单元6；
目标解算单元6的识别处理程序通过相空间转换方法提取出该图片上所有的直线和直线的端点信息，获得图片上所有光点的角度与长度，及光点坐标。通过比较预定义的目标类型与光点特征对应关系，解算出所有目标的类型和光点坐标，然后将目标类型和光点坐标传递给场景生成单元1；
场景生成单元1将光点坐标转换成目标场景坐标，结合目标类型，计算出当前激光发射部件3的各种状态，并显示在显示单元2上。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.基于特征图形的激光目标识别系统，包括场景生成单元（1）、显示单元（2）、至少二个激光发射部件（3）、图像采集单元（4）、滤光装置（5）和目标解算单元（6），其特征在于：还包括至少二个微衍射光学元件（7），所述微衍射光学元件（7）与激光发射部件（3）的发射口处一一对应安装，所述微衍射光学元件（7）置于激光发射部件（3）与显示单元（2）之间，所述各个微衍射光学元件（7）具有不同特征图像的衍射孔，所述激光发射部件（3）透过所述微衍射光学元件（7）将光点显示在显示单元（2）上，所述图像采集单元透过所述滤光装置（5）采集显示单元（2）上的特征图像，由所述目标解算单元（6）运算后发送至场景生成单元（1），最后由场景生成单元（1）转换形成的目标场景坐标通过连接的显示单元（2）进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于特征图形的激光目标识别系统，其特征在于：所述微衍射光学元件（7）产生的特征图像采用两条相交线段为特征形状，不同的线段长度和相交角度代表不同的特征图形。
3.根据权利要求1所述的基于特征图形的激光目标识别系统，其特征在于：所述微衍射光学元件（7）为带有特征图形的平面透镜。
4. 根据权利要求1所述的基于特征图形的激光目标识别系统，其特征在于：所述显示单元（2）由投影仪和投影屏幕组成。
5.    根据权利要求1所述的基于特征图形的激光目标识别方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、由场景生成单元将三维虚拟场景或实拍场景通过显示单元进行显示；
S2、激光发射部件安装在待识别目标上，激光透过微衍射光学元件，将微衍射光学元件上的特征图形通过衍射投射到一定距离处的屏幕上，形成特定图形的光点；各个微衍射光学元件产生的特征图像各不相同，从而有效区分不同的激光发射部件；
S3、图像采集单元通过滤光装置过滤掉其它无关的光源，对光点所在的屏幕进行扫描，将扫描获得的当前屏幕上包含所有光点的图片传递给目标解算单元；
S4、目标解算单元的识别处理程序通过相空间转换方法提取出该图片上所有的直线和直线的端点信息，获得图片上所有光点的角度与长度，及光点坐标；通过比较预定义的目标类型与光点特征对应关系，解算出所有目标的类型和光点坐标，然后将目标类型和光点坐标传递给场景生成单元；
S5、场景生成单元将光点坐标转换成目标场景坐标，结合目标类型，计算出当前激光发射部件的各种状态，并显示在显示单元上。
6.根据权利要求5所述的基于特征图形的激光目标识别方法，其特征在于：所述微衍射光学元件产生的特征图像采用两条相交线段为特征形状，不同的线段长度和相交角度代表不同的特征图形。
7.根据权利要求5所述的基于特征图形的激光目标识别方法，其特征在于：所述微衍射光学元件为带有特征图形的平面透镜。
8. 根据权利要求5所述的基于特征图形的激光目标识别方法，其特征在于：所述显示单元由投影仪和投影屏幕组成。
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