基于物理模型的光学成像仿真

产品介绍

实现了全链路模型构建和计算,生成了第一幅基于数字靶场的仿真图像。

技术特点:

(1)数字靶场多特性建模及构建技术

(2)基于七维光场的入射、出射辐射场计算模型

(3)目标-背景-大气紧耦合模型

(4)空间光谱耦合建模

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GF-2卫星影像图(左)零气象视距仿真图(右)

核心技术

1、高动态场景的视觉SLAM技术

传统的视觉同步定位与场景重构技术Simultaneous localization mapping,以下简称SLAM)解决的是当视点自身位置未知、场景未知的情况下,利用视觉图像对自身定位的同时完成场景构建。本项技术针对动态场景下视觉SLAM定位的矩阵病态问题,地图构建问题以及柔性动态物体的重建问题,提出了综合解决方案,从而适应复杂环境的应用场景中,大量存在的动态物体的SLAM算法计算。

2、基于声音的SLAM技术

由于声音信号的衍射性能,声学探测具有全向性,相较于可见光、激光等其他的传感信号,利用声信号探测不需要直线视野,在有视野遮蔽障碍物的情况下依然可以有效地工作,非常适合现代战争中,常因遮挡、烟雾、伪装、干扰等原因造成的恶劣的光学和电磁探测环境,可以提高对作战场景重构、敌方火力来源判断、人员定位等战场感知的全面性、准确性。

基于听觉的声源定位与场景感知技术着重解决利用回声对场景进行重构和利用回声提高目标声源定位精度,同时还有机会对障碍物后的目标声源进行定位,不将多声源问题纳入考虑范围,因此本研究中的声源都是单声源。本技术首要难题是对不同传声器的回波信号按照反射面进行分组,得到对应相同反射面的回波信号组合。

3、基于光场感知与模拟技术

场景仿真是成像仿真的基础。几何、空间、光谱和辐射特性是重要的场景特性。借鉴光场理论,以包含三维坐标、空间分布、波长、强度的全光函数作为表征参数,建立基于光场的数字场景仿真理论与方法。针对可见光-近红外波段,分析能量来源,分别建立了太阳直射和天空漫射产生的数字场景入射辐照度场模型;针对背景对目标的辐射贡献,通过对太阳直射/天空漫射-背景反射-目标反射-遥感器这种辐射传输路径的详细分析,建立了背景产生的场景入射辐照度场模型;采用地表方向反射模型,建立了数字场景出射辐照度场模型。

4、基于头戴式AR的虚实场景一致性融合技术

虚实场景的几何一致性指虚拟影像要与现实世界在位置关系、透视关系和遮挡关系等几何因素上保持一致。因此,通过虚拟场景的局部修正与注册技术研究,计算观察者视点方位,将大场景模型坐标与视点坐标进行匹配,针对近距离的空间位置误差,通过头戴式AR设备的场景感知进行修正,从而把虚拟信息精确的叠加到真实环境上。同时,通过研究虚拟场景与真实场景的遮挡与融合技术,实时计算虚实场景之间的遮挡关系,使虚拟场景能够在视觉上更好地与真实环境融合;通过基于AR眼镜的虚拟场景交互技术研究,建立依靠自然手势的人与虚拟信息的交互方法。

 应用领域

民用:室内煤场巡检、空间科学任务增强现实展示

军用:战场态势感知、成像全链路仿真评估 

应用案例

      1、 无人机室内煤场巡检

      2、 无人机的三维场景实时仿真模拟、动力学控制仿真

      3、 装备发展部预研领域基金课题“多源战场态势信息的AR场景实时重构技术研究”项目

      4、 基于增强现实的空间任务虚拟展示

公司

中国科学院国家空间科学中心