一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統技術方案

一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，包括目標影像生成單元、影像輸出單元和光學傳遞單元；目標影像生成單元，根據DEM數據和遙感影像數據仿真生成三維月面形貌，并根據月面成像敏感器成像時刻的月面光照條件以及該時刻月面成像敏感器的位置姿態參數動態生成符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據；影像輸出單元將目標影像生成單元生成的灰度圖像數據在LCD器件上進行顯示；光學傳遞單元將LCD器件上顯示的影像進行光學變換，使所述影像正好成像在月面成像敏感器的成像器件上。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于航天成像式敏感器測試
，本專利技術也適用于深空探測、行星探測等空間環境下成像式敏感器的成像性能模擬測試。
技術介紹
隨著航天技術的飛速發展，以相機為代表的光學成像式敏感器因其具有信息量大，運用靈活、效率高等特點，在深空探測領域將得到越來越廣泛的應用。為確保成像式敏感器在軌可靠工作，需在地面對其各方面功能性能進行充分測試，尤其是其在軌工作環境下的光學成像性能驗證。目前，國內外對于空間環境下成像式敏感器光學頭部成像性能驗證方式主要有兩種 I、一是構建模擬場景，對真實景物進行拍攝。對于月面環境下成像式敏感器的模擬成像測試，采用本方式，需要采用燈陣模擬月面光照條件，并構建月面景物模擬試驗場，時間長，造價高；同時，燈陣均勻性設計、熱設計，月面景物紋理模擬等均為技術難點；此夕卜，若拍攝場景變化需重新測量定位，而且用于成像的月面景物的實際參數需要依靠外測獲得，工作量大且精度有限，不利于對成像效果進行定量分析。2、一是采用目標模擬裝置，生成目標圖像并投影。目前已有多種敏感器的目標模擬裝置1)如星模擬器(一種靜態多光路星模擬器CN200810057344. 0，包括法蘭和至少四個星光管，每個星光管均能夠產生一顆模擬星，每個星光管的光譜和亮度均可單獨調整；星光管通過角度調整機構安裝于法蘭上，且任意兩個星光管的光軸不平行，任意兩個星光管之間的相對角度可在不小于10度的范圍內進行調整，可以產生大量不同構型的模擬星座，且每個星點的亮度和光譜特性都可以不相同的，任意兩個模擬星座之間的幾何相似程度比較低，可以很好地模擬真實星空的物理特性)(一種高精度星模擬器CN200610104766. X，包括光源和依次設置在光路上的紅外反射鏡、毛玻璃、聚光鏡A、膠合棱鏡、衰減片組、濾光片、聚光鏡B、星點板和平行光管；為了使光源穩定，本專利技術還可包括光源亮度控制電路、設置在聚光鏡A之后的膠合棱鏡以及設置膠合棱鏡透射光路上的光電二極管)，2)如太陽模擬器(太陽模擬器及其運轉方法CN201010214004. 1，包括多個氙燈(41 4η);對所述各氙燈(41 4η)配備的多個光量傳感器(SI Sn);和對所述各氙燈(41 4η)配備的、用于控制流經該氙燈(41 4η)的電流或對該氙燈施加的電壓多個控制電路(7)，使基于所述各光量傳感器(SI Sn)的檢測信號反饋到所述各控制電路(7)，控制該控制電路(7)，來控制所述各氙燈(41 4η)的光量。由此提供太陽模擬器，在具備多個氙燈作為電源的太陽模擬器中，能夠通過各氙燈穩定地獲得所期望的光量，且能夠使有效照射面中的照度均勻化)。這些設計均用于模擬行星及太陽等單個或多個點光源的入射及入射角度變化，敏感器本身對成像結果有系統的處理算法(去背景閾值、提取中心點等)，因此設計中不考慮點光源成像后的分辨率(像素個數)，及像源灰度的精確控制輸出。而相機等成像式敏感器不進行類似星敏感器、太陽敏感器等的處理算法，其目標模擬裝置設計中必須考慮像源的分辨率，及灰度的精確控制輸出，以達到模擬景物及紋理的要求。而且，上述這些系統設計遠不能夠滿足魚眼相機等超廣角成像式敏感器的成像視角要求
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統。本專利技術的技術解決方案是一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，包括目標影像生成單元、影像輸出單元和光學傳遞單元；目標影像生成單元，根據DEM數據和遙感影像數據仿真生成三維月面形貌，并根據月面成像敏感器成像時刻的月面光照條件以及該時刻月面成像敏感器的位置姿態參數動態生成符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據；影像輸出單元將目標影像生成單元生成的灰度圖像數據在LCD器件上進行顯示；光學傳遞單元將IXD器件上顯示的影像進行光學變換，使所述影像正好成像在月面成像敏感器的成像器件上。所述的仿真生成三維月面形貌過程如下(I)將DEM數據和遙感影像數據進行三維場景的疊加，并將疊加后的三維場景進行剔除處理，剔除場景中的突兀點，得到粗分辨率的月面地貌；(2)對步驟(I)中得到的粗分辨率的月面形貌進行地形分形計算，生成高分辨率的月面地貌；(3)根據模擬測試需要，建立巖石、隕石坑的三維模型，并根據月面的土壤特征，構建月面土壤模型；(4)將巖石、隕石坑的三維模型以及構建的月面土壤模型根據月面形態特征分布在步驟(2)生成的高分辨率的月面地貌上，生成三維月面形貌。所述的生成符合月面成像敏感器成像的灰度圖像數據過程如下(1-1)根據月面成像敏感器成像時刻的位置姿態，對生成的三維月面形貌進行中心投影成像；(1-2)通過針孔成像和畸變處理得到符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據。本專利技術與現有技術相比有益效果為(I)本專利技術以DEM數據和遙感影像數據為基礎，仿真生成三維月面地貌，并能夠根據需要進行景物(巖石、隕石坑)設置，生成特定的三維月面形貌灰度數據，滿足月面成像敏感器對多種月面形貌的成像需求，進而可驗證圖像匹配、障礙識別及路徑規劃算法的有效性，避免了構建月面模擬場景的花費與耗時。(2)本專利技術以DEM數據和遙感影像數據為基礎構建基本三維月面形貌，并能夠根據面成像敏感器成像時刻的位置姿態等參數進行解算，可動態生成符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據，并進行顯示輸出及光學變換，生成符合月面成像敏感器光路的虛擬圖像，使影像以期望的光路形式成像在月面成像敏感器的成像器件上，在沒有實物的情況下實現月面成像敏感器的物理閉環測試。(3)本專利技術以高分辨率、多灰度的顯示器件作為像源，以滿足成像式敏感器成像分辨率及灰度要求。附圖說明圖I為本專利技術組成框圖；圖2為中點分形示意圖；圖3為旋轉曲線形狀示意圖；圖4為簡易的柯拉照明結構示意圖； 圖5為本專利技術光學傳遞單元光路結構示意圖。具體實施方式 下面結合附圖對本專利技術做詳細的說明，如圖I所示，本專利技術一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，包括目標影像生成單元、影像輸出單元和光學傳遞單元；月面成像敏感器可以采用APS相機實現。目標影像生成單元，根據DEM(數字高程模型Digital Elevation Model)數據和遙感影像數據仿真生成三維月面形貌，并根據月面成像敏感器成像時刻的月面光照條件以及該時刻月面成像敏感器的位置姿態參數動態生成符合月面成像敏感器成像的灰度圖像數據；影像輸出單元將目標影像生成單元生成的灰度圖像數據在IXD器件上進行顯示；光學傳遞單元將IXD器件上顯示的影像進行光學變換，使所述影像正好成像在月面成像敏感器的成像器件上。下面分別對上述三部分進行詳細說明。(一)目標影像生成單元目標影像生成單元主要實現兩方面的功能，I三維月面形貌的仿真，2成像敏感器成像仿真。I、三維月面形貌的仿真(I)以DEM數據和遙感影像數據為基礎，疊加遙感影像紋理，得到粗分辨率的月面地貌；由于DEM數據三維高程數據，而遙感影像數據為紋理數據，因此需要對二者進行疊加處理，即根據生成的隨機位置，本例中主要是利用OpenGL實現三維場景的疊加。疊加技術是利用OpenGL接口函數實現，屬于公知技術。疊加后的三維場景要進行剔除處理，應用OPENGL中的ALPHA(透明度)來過濾掉紋理的背景、視見體裁剪、地球遮擋剔除、屏幕空間剔除等剔除，調用Ope本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，其特征在于：包括目標影像生成單元、影像輸出單元和光學傳遞單元；目標影像生成單元，根據DEM數據和遙感影像數據仿真生成三維月面形貌，并根據月面成像敏感器成像時刻的月面光照條件以及該時刻月面成像敏感器的位置姿態參數動態生成符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據；影像輸出單元將目標影像生成單元生成的灰度圖像數據在LCD器件上進行顯示；光學傳遞單元將LCD器件上顯示的影像進行光學變換，使所述影像正好成像在月面成像敏感器的成像器件上。

【技術特征摘要】
1.一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，其特征在于包括目標影像生成單元、影像輸出單元和光學傳遞單元； 目標影像生成單元，根據DEM數據和遙感影像數據仿真生成三維月面形貌，并根據月面成像敏感器成像時刻的月面光照條件以及該時刻月面成像敏感器的位置姿態參數動態生成符合月面成像敏感器成像要求的灰度圖像數據； 影像輸出單元將目標影像生成單元生成的灰度圖像數據在LCD器件上進行顯示； 光學傳遞單元將LCD器件上顯示的影像進行光學變換，使所述影像正好成像在月面成像敏感器的成像器件上。2.根據權利要求I所述的一種動態的月面成像敏感器的目標模擬系統，其特征在于所述的仿真生成三維月面形貌過程如下 (1)將DEM數據和遙感影像數據進行三維場景的疊加，并將疊加后的三維場景進行...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志，楊潔，張晉，李志平，王磊，余志鴻，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發明
國別省市：