基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法，方法包括利用Vega软件渲染红外目标成像的仿真环境；利用Vega软件渲染微光目标成像的仿真环境；利用Vega的API接口函数，渲染每一帧图像，实时更新目标的运动位置，形成仿真视频；对形成的仿真视频暂停一次，直至红外视频和微光视频停止渲染，再次启动仿真视频，形成同步仿真的红外视频和微光视频。本发明不仅可以提供红外目标仿真视频和微光目标仿真视频，还可以提供红外与微光的同步仿真视频图像，为红外与微光的图像融合算法以及相关的产品提供原图像，节约了获取和处理原图像的成本。

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别是一种基于Vega的红外与微光视频的同步仿 真方法。

背景技术

红外图像是反映目标表面温度分布的图像，但红外传感器对场景亮度的变化不敏 感，使得红外图像对比度差、细节不清晰、边缘模糊。微光图像纹理信息丰富、与人眼 观察习惯一致，但微光图像的获得对大气条件有一定的要求，当条件恶劣时，微光图像 的成像质量差、噪声明显、目标识别难度较大。对不同图像传感器采集到的图像进行光 谱和时间信息的提取和处理，互补对应信息，减少冗余信息，融合得到高质量图像，更 有利于实现对目标的识别和获取。

一般融合原图像都是通过进行大量的野外实地实验获得的，但这种方法在融合原图 像的选取和处理上都要花费大量的人力和物力，且有时由于多种原因，并非所有需要的 场景图像都可以得到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法， 包括以下步骤：

步骤1、利用Vega软件渲染红外目标成像的仿真环境；

步骤2、利用Vega软件渲染微光目标成像的仿真环境；

步骤3、利用Vega的API接口函数，渲染每一帧图像，实时更新目标的运动位置， 形成仿真视频；

步骤4、对形成的仿真视频暂停一次，直至红外视频和微光视频停止渲染，再次启 动仿真视频，形成同步仿真的红外视频和微光视频。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明利用串口通信技术，通过FPGA 控制板同时对两台计算机发送数据，保证了两台计算机接受数据的同步性，这种方法与 两台计算机直接通信相比，通信速度更快，同步更精准；(2)本发明中计算机的串口程 序实现了对串口缓冲区的监控，一旦接受到数据，就立刻读取数据，本发明能在收到数 据的第一时间读取数据，执行仿真任务，为计算机的同步仿真提供了保证；(3)本发明 中FPGA控制板每发送一次表示更新画面的有效数据，计算机接收并识别有效后，就更 新一帧画面，包括目标运动位置的更新，这种一次数据对一帧画面更新的方式，保证了 两台计算机仿真中目标的同步；(4)本发明中生成每一帧都完全匹配的红外目标视频和 微光目标视频，输出的红外和微光图像可以不经过图像配准直接进行图像融合，减少了 获取和处理融合原图像的人力、物力和财力，提高了实验效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法的总体框图。

图2(a)为本发明实施例中未消除仿真静态加载时间差之前同步仿真方法生成的红 外图像，图2(b)为未消除仿真静态加载时间差之前同步仿真方法生成的无噪声微光图 像。

图3(a)为本发明实施例中消除仿真静态加载时间差之后同步仿真方法生成的红外 图像，图3(b)为消除仿真静态加载时间差之后同步仿真方法生成的无噪声微光图像。

图4(a)为本发明实施例中同步仿真方法生成的红外图像，图4(b)为加0.5随机 噪声的微光图像。

图5(a)为本发明实施例中同步仿真方法生成的红外图像，图5(b)为加0.2固定 加性噪声的微光图像。

图6(a)为本发明实施例中同步仿真方法生成的红外图像，图6(b)为加0.2固定 乘性噪声的的微光图像。

图7(a)为本发明实施例中非同步融合结果示意图，图7(b)为采用本发明方法 同步融合结果示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种基于Vega的红外与微光视频的同步仿真方法，包括以下步 骤：

步骤1、利用Vega软件渲染红外目标成像的仿真环境；

步骤2、利用Vega软件渲染微光目标成像的仿真环境；

步骤3、利用Vega的API接口函数，渲染每一帧图像，实时更新目标的运动位置， 形成仿真视频；

步骤4、对形成的仿真视频暂停一次，直至红外视频和微光视频停止渲染，再次启 动仿真视频，形成同步仿真的红外视频和微光视频。

进一步的，步骤2中仿真的微光视频选择添加不同大小的随机噪声、固定加性噪声 和固定乘性噪声中的一种或多种。

进一步的，对数据接受缓冲区进行监控，当监控到有数据进入缓冲区，立即读取数 据，通过识别接受的数据，执行形成仿真视频、暂停/继续仿真、输出或保存当前一帧 图像。

实现本发明的硬件为两台装有Vega软件的计算机和一个FPGA控制板，其具体工作 原理为：

第一步，利用Vega软件，根据微光电视和红外热像仪的原理，加载大气传输模型， 设置仪器参数，渲染相应的微光目标成像和红外目标成像场景，且微光目标成像的仿真 图像可以选择添加不同大小和范围的随机噪声、固定加性噪声和固定乘性噪声；

第二步，基于FPGA开发平台实现选择控制板上的不同的按键，通过两个串口同时 输出给两台计算机相应的数据，保证两台计算机的串口缓冲区同时接受到数据；

第三步，通过Vega的API接口函数，使得渲染场景中目标的位置可控，运动连续；

第四步，对串口进行监控，采用消息传递机制，保证一旦有数据进入计算机串口的 缓冲区，立刻读取数据，并对数据进行识别；通过识别接受的数据，执行形成仿真视频、 暂停/继续仿真、输出或保存当前一帧图像，实现了FPGA控制板上串口发送的数据对计 算机仿真的控制；

使用时，首先将计算机的串口打开，使其处于串口监控状态，然后按下控制板上的 “开始”键，控制板通过串口同时向两台计算机发送表示更新画面的有效数据；计算机 接收并识别信号后，开始渲染仿真图像，由于计算机的性能不一样，启动仿真所需的时 间不相同，因此在开始启动时，计算机缓冲区会存在数据堆砌的情况，在两台计算机正 常启动后，按下控制板上的“暂停”键，将两台计算机的启动时间差消除，然后再次按 下“暂停”键，继续仿真，这样两台计算机就能保证完全同步，而且在仿真过程中，可 以通过按下“截图”键，将当前的一帧图像保存到指定路径。

由于人眼能识别的最低帧速为24帧/秒，在保证视频连续流畅的前提下，考虑到Vega 渲染仿真画面需要一定的时间，设置控制板每秒发送24次该有效数据，Vega应用程序 每秒渲染24帧图像。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

仿真平原上有两架从西向东飞行的战斗机，两辆从东向西运动的坦克，一个从西向 东走路的军人的场景，未消除仿真静态加载时间差之前，生成的非同步红外视频图像和 微光视频图像如图2(a)和图2(b)所示，消除仿真静态加载时间差之后，生成的同 步红外视频图像和微光视频图像如图3(a)和图3(b)所示，微光图像的获得对大气 条件有一定的要求，在大气条件恶劣的情况下，微光图像质量差，噪声明显。为了更加 真实的模拟微光图像，可以生成同步的红外视频图像和有噪声的微光视频图像，如图4、 图5、图6所示；利用基于高斯-拉普拉斯变换图像融合算法对图2和图3进行处理， 对比结果如图7(a)和图7(b)所示。

仿真开始时的非同步的红外视频与微光视频存在10帧以内的不同步渲染，由于图 像的观察视野是随着目标的运动而变化的，目标在10帧范围内的运动位置变化较小， 因此图像的背景几乎不发生变化。由图7(a)可知，非同步视频图像的融合结果图中， 存在严重的错位现象，尤其是目标的融合结果，飞机、军人和坦克都有明显的重影，看 不清目标表面的特征；但同步视频图像的融合结果图7(b)中，无错位现象，目标的融 合结果是完全匹配的，不存在边缘模糊和重影，且对应位置反映了红外原图像和微光原 图像的所有特点，比如，飞机驾驶舱的侧面有一个图案，该图案在微光原图像中可见， 在红外原图像中是不可见，但在融合结果图中，是可见的，而且飞机的每一部分都恰好 的既反映了其红外原图像中的温度分布场，也反映了其微光原图像中的纹理效果。由此 可见，产生的同步仿真红外视频和微光视频是每一帧都完全匹配的，任意输出的红外图 像和微光图像可以不经过配准处理直接进行融合，可以为红外与微光的图像融合算法及 相关产品提供视频源图像。