一种深空探测视觉成像环境模拟装置和方法

摘要

本发明涉及一种深空探测视觉成像环境模拟系统和方法，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块；模拟深空环境投影模块，用于在预设环境中提供模拟的深空环境；地外行星地形地貌模拟模块，用于在预设环境中提供模拟的地外行星地形地貌环境；模拟空间目标运动模块，用于为模拟深空环境投影模块和所述地外行星地形地貌模拟模块提供运动空间目标。本发明建立了空间目标在轨运行的空间环境和在地球外的行星的地表环境的仿真环境，包括地外行星地面纹理、地形起伏、岩石等要素，降低了实验成本、控制了实验的风险，且仿真环境操作简单和快读，可复用性强，可以大幅加快相应实验任务的实验速度，节省宝贵的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及环境仿真技术技术领域，尤其涉及一种深空探测视觉成像环境模拟装置和方法。

背景技术

作为仿真技术的重要分支，实物仿真涉及的领域十分广泛，包括机械电子技术、控制技术、图像处理技术、通信技术等。实物仿真在工程领域内应用十分广泛，即利用实物模拟所需环境及条件，通过计算机仿真回路控制所设计实物，进行试验，因此十分接近真实的情况。

鉴于深空环境及地外行星地表环境的未知性，而为了保证探测任务的顺利完成，在地面模拟地外行星地表及深空环境是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种深空探测视觉成像环境模拟装置和方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种深空探测视觉成像环境模拟系统，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块；

所述模拟深空环境投影模块，用于在预设环境中提供模拟的深空环境；

所述地外行星地形地貌模拟模块，用于在所述预设环境中提供模拟的地外行星地形地貌环境；

所述模拟空间目标运动模块，用于为所述模拟深空环境投影模块和所述地外行星地形地貌模拟模块提供运动空间目标。

本发明的有益效果是：建立一种深空探测视觉成像环境模拟系统，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块。建立了空间目标在轨运行的空间环境和在地球外的行星的地表环境的仿真环境，，包括地外行星地面纹理、地形起伏、岩石等要素。本系统降低了实验成本、控制了实验的风险，且仿真环境操作简单和快读，可复用性强，可以大幅加快相应实验任务的实验速度，节省宝贵的时间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述模拟空间目标运动模块包括空间目标子系统、轨道与机器人子系统和地面控制子系统；

所述空间目标子系统，用于在所述预设环境中设置多个卫星模型；

所述轨道与机器人子系统，用于在所述预设环境中布置弧形轨道，轨道机器人在所述弧形轨道中进行运动；

所述地面控制子系统，用于调度所述轨道机器人，以防止所述轨道机器人之间发生碰撞。进一步地，所述模拟深空环境投影模块包括投影子系统、图像融合子系统和图像处理子系统；

所述投影子系统，用于在多块幕布上投影画面；

所述图像融合子系统，用于调整所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面的亮度，使得整幅画面的亮度一致；

所述图像处理子系统，用于控制所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面。

进一步地，所述投影子系统包括至少两台投影机，所述至少两台投影机投射至同一幕布，其中，所述至少两台投影机中的至少一台投影机投射至所述同一幕布的第一边，所述至少两台投影机中的其余投影机投射至所述同一幕布的第二边。

进一步地，所述图像融合子系统是边缘融合器；

所述边缘融合器，具体用于调整所述同一幕布的投影机的投射亮度，使得所述同一幕布所显示的画面亮度基本一致。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种深空探测视觉成像环境模拟方法，包括：

模拟深空环境投影模块在预设环境中提供模拟的深空环境；

地外行星地形地貌模拟模块在所述预设环境中提供模拟的地外行星地形地貌环境；

模拟空间目标运动模块为所述模拟深空环境投影模块和所述地外行星地形地貌模拟模块提供运动空间目标。

本发明的有益效果是：建立了一种深空探测视觉成像环境模拟方法，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块。建立了空间目标在轨运行的空间环境和在地球外的行星的地表环境的仿真环境，，包括地外行星地面纹理、地形起伏、岩石等要素。本系统降低了实验成本、控制了实验的风险，且仿真环境操作简单和快读，可复用性强，可以大幅加快相应实验任务的实验速度，节省宝贵的时间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述模拟空间目标运动模块包括空间目标子系统、轨道与机器人子系统和地面控制子系统，所述方法包括：

所述空间目标子系统在所述预设环境中设置多个卫星模型；

所述轨道与机器人子系统在所述预设环境中布置弧形轨道，轨道机器人在所述弧形轨道中进行运动；

所述地面控制子系统，用于调度所述轨道机器人，以防止所述轨道机器人之间发生碰撞。进一步地，所述模拟深空环境投影模块包括投影子系统、图像融合子系统和图像处理子系统，所述方法包括：

所述投影子系统在多块幕布上投影画面；

所述图像融合子系统调整所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面的亮度，使得整幅画面的亮度一致；

所述图像处理子系统控制所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面。

进一步地，所述投影子系统包括至少两台投影机，所述至少两台投影机投射至同一幕布，其中，所述至少两台投影机中的至少一台投影机投射至所述同一幕布的第一边，所述至少两台投影机中的其余投影机投射至所述同一幕布的第二边。

进一步地，所述图像融合子系统是边缘融合器，所述方法包括：

所述边缘融合器调整所述同一幕布的投影机的投射亮度，使得所述同一幕布所显示的画面亮度基本一致。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的实际效果图；

图4为本发明另一实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的实际效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1本发明实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的结构示意图，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块；

所述模拟深空环境投影模块，用于在预设环境中提供模拟的深空环境；

所述地外行星地形地貌模拟模块，用于在所述预设环境中提供模拟的地外行星地形地貌环境；

所述模拟空间目标运动模块，用于为所述模拟深空环境投影模块和所述地外行星地形地貌模拟模块提供运动空间目标。

基于上述实施例的深空探测视觉成像环境模拟系统，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块。建立了空间目标在轨运行的空间环境和在地球外的行星的地表环境的仿真环境，，包括地外行星地面纹理、地形起伏、岩石等要素。本系统降低了实验成本、控制了实验的风险，且仿真环境操作简单和快读，可复用性强，可以大幅加快相应实验任务的实验速度，节省宝贵的时间。

基于上述实施例，进一步地，所述模拟空间目标运动模块包括空间目标子系统、轨道与机器人子系统和地面控制子系统；

所述空间目标子系统，用于在所述预设环境中设置多个卫星模型；

所述轨道与机器人子系统，用于在所述预设环境中布置弧形轨道，轨道机器人在所述弧形轨道中进行运动；

所述地面控制子系统，用于调度所述轨道机器人，以防止所述轨道机器人之间发生碰撞。进一步地，所述模拟深空环境投影模块包括投影子系统、图像融合子系统和图像处理子系统；

所述投影子系统，用于在多块幕布上投影画面；

所述图像融合子系统，用于调整所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面的亮度，使得整幅画面的亮度一致；

所述图像处理子系统，用于控制所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面。

进一步地，所述投影子系统包括至少两台投影机，所述至少两台投影机投射至同一幕布，其中，所述至少两台投影机中的至少一台投影机投射至所述同一幕布的第一边，所述至少两台投影机中的其余投影机投射至所述同一幕布的第二边。

应理解，投影子系统中还包括至少一块幕布，每块幕布至少通过两台投影设备进行投影，其中一台投影机投射至幕布的左边，另一台投影机投射至幕布的右边。

进一步地，所述图像融合子系统是边缘融合器；

所述边缘融合器，具体用于调整所述同一幕布的投影机的投射亮度，使得所述同一幕布所显示的画面亮度基本一致。

应理解，投射至同一幕布的投影机有至少两台，例如有两台投影机同时投射至同一幕布时，其中一台投影机投射至幕布的左边，另一台投影机投射至幕布的右边，幕布中会有区域是两台投影机同时可以投射到的，因此，这块区域的亮度是比较亮的，与只有一台投影机投影的区域的亮度不一致。因此通过设置边缘融合器，使对应同一块幕布的左投影仪的右边重叠部分的亮度线性衰减，右投影仪的左边重叠部分的亮度线性增加，在显示效果上表现为整幅画面亮度完全一致。

应理解，多个卫星模型均以轨道机器人作为搭载平台进行轨道运动，并通过超宽带技术进行精准定位，卫星模型运动通过地面控制系统操控，其中，其中，多个卫星模型均为美国航空航天局(Nat i ona l Aeronaut ics and Space Admi n i strat i on,NASA)公开发布的卫星3D模型的3D打印模型。

轨道与机器人子系统采用弧形轨道模拟卫星运动过程的真实运动轨迹，导轨使用基于梯形导向技术的导轨，以承载较为大型的卫星模型。

地面控制子系统为计算机，通过计算机编程方式控制轨道机器人的嵌入式运动控制卡，实现轨道机器人的运动方向、速度、旋转。其中，地面控制子系统与轨道机器人以无线通信方式连接。

投影系统包括由多个投射设备和多个电动幕布组成的投影幕布。模拟深空环境投影通过图形处理终端与融合设备完成多个投影的无缝融合，实现明亮、高分辨率的图像环境模拟。例如，投影系统使用六个物理像素数超过1920x1080的投影机，该投影机具有蓝光3D功能，为图像仿真提供更加有质量的画面品质。除此之外，投影系统还包括三个电动软幕布，该幕布支持4K高清显示，三块幕布以贴合正方形的三条边放置，在保证视野广阔的同时提供高质量的画面。

图像处理终端是计算机，通过计算机编程方式实现多块幕布的画面高性能显示与大规模场景的实时漫游，帧率不低于30FPS。该图像处理终端与上述图像融合系统通过有线连接方式通信。

地外行星地形地貌模拟系统包括一个模拟地外行星地表的地面设备和多个由3D打印技术还原的地质模型，为仿真环境提供更加真实的地质实物环境。

如图2本发明另一实施例提供的一种深空探测视觉成像环境模拟系统的结构示意图所示，本实施例的模拟深空环境投影系统包括六台投影设备111-116、三块电动幕布119-121、一台融合机117、一台图形工作站118。

其中所述投影机113、114对应幕布119，投影机111、112对应幕布120，投影机115、116对应幕布121.图形工作站118与融合机117之间通过有线连接以实现数据交互，融合机117与投影机111-116通过有线连接实现数据传输。仿真所需的图像/视频由图形工作站获取并进行相应图像预处理，分屏处理后的图像由图形工作站118传输至融合机117，融合机117通过DSP硬件方式运行编写好的无缝软边融合算法融合分屏输出的图像，将图像左边重叠部分亮度线性减弱，右边重叠部分亮度线性加强，从而使投影在各个幕布上的图像保持亮度一致且缓解图像重叠现象。

本实施例的地外行星地形地貌模拟系统包括多个行星岩石模型210与地外行星地表图像211。地外行星地表图像211、地质模型210组成的地外行星地形地貌模拟系统与图1所示的模拟深空环境投影系统相配合即可在图像与地质上实现地外行星地表模拟。

本实施例的模拟空间目标运动系统由轨道机器人系统310，卫星模型320，地面控制子系统330。

通过轨道上布设的电缆为轨道机器人系统310供电，轨道机器人本身亦可完成自旋，将卫星模型320搭载在轨道机器人系统310上，即可模拟运动的空间目标实物。地面控制子系统330通过IO接口与机器人运动控制卡形成无线连接，以优化的DH架构机器人运动学控制算法，控制多个轨道机器人的运动方向、速度、自转方向、自转速度，从而实现空间目标的沿轨道运动与自旋。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种深空探测视觉成像环境模拟方法，包括：

模拟深空环境投影模块在预设环境中提供模拟的深空环境；

地外行星地形地貌模拟模块在所述预设环境中提供模拟的地外行星地形地貌环境；

模拟空间目标运动模块为所述模拟深空环境投影模块和所述地外行星地形地貌模拟模块提供运动空间目标。

基于上述实施例的一种深空探测视觉成像环境模拟方法，包括模拟空间目标运动模块、模拟深空环境投影模块和地外行星地形地貌模拟模块。建立了空间目标在轨运行的空间环境和在地球外的行星的地表环境的仿真环境，，包括地外行星地面纹理、地形起伏、岩石等要素。本系统降低了实验成本、控制了实验的风险，且仿真环境操作简单和快读，可复用性强，可以大幅加快相应实验任务的实验速度，节省宝贵的时间。

基于上述实施例，进一步地，所述模拟空间目标运动模块包括空间目标子系统、轨道与机器人子系统和地面控制子系统，所述方法包括：

所述空间目标子系统在所述预设环境中设置多个卫星模型；

所述轨道与机器人子系统在所述预设环境中布置弧形轨道，轨道机器人在所述弧形轨道中进行运动；

所述地面控制子系统，用于调度所述轨道机器人，以防止所述轨道机器人之间发生碰撞。进一步地，所述模拟深空环境投影模块包括投影子系统、图像融合子系统和图像处理子系统，所述方法包括：

所述投影子系统在多块幕布上投影画面；

所述图像融合子系统调整所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面的亮度，使得整幅画面的亮度一致；

所述图像处理子系统控制所述投影子系统在所述多块幕布上投影画面。

所述投影子系统包括至少两台投影机，所述至少两台投影机投射至同一幕布，其中，所述至少两台投影机中的至少一台投影机投射至所述同一幕布的第一边，所述至少两台投影机中的其余投影机投射至所述同一幕布的第二边。

进一步地，所述图像融合子系统是边缘融合器，所述方法包括：

所述边缘融合器调整投射至所述同一幕布的投影机的投射亮度，使得所述同一幕布所显示的画面亮度基本一致。

应理解，当有两台或多台投影机组合投射一幅画面时，会有一部分影象灯泡重叠，边缘融合器是把两台投影机重叠部分的灯光亮度逐渐调低，使对应同一块幕布的左投影仪的右边重叠部分的亮度线性衰减，右投影仪的左边重叠部分的亮度线性增加，在显示效果上表现为整幅画面亮度完全一致。例如，图3-4中深空探测视觉成像环境模拟系统的实际效果图所示，通过边缘融合器使得幕布上呈现的整幅画面的亮度与色彩一致。

应理解，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当，理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。