[发明专利]基于增强现实技术的生命探测与救援系统及其实现方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种基于增强现实技术的生命探测与救援系统及其实现方法。

背景技术

随着城市化进程逐步加快，城乡建(构)筑物的规模、高度以及跨度都逐渐增加,人口密度也越来越大，地震灾害造成的潜在危险性与日俱增，一旦发生破坏性地震，将造成人民生命财产的巨大损失。如何最大限度地减轻地震灾害造成的损失，是各国防震减灾工作的重要任务，其中如何抢救被压埋人员，有效地减少人员伤亡是减轻灾害损失的首要任务，也是最能体现出减灾实效的关键环节。据有关专家调查统计，唐山地震发生后,第一天将被压埋人员救出救活率为81%，第二天内救出救活率为53%，第三天内救出救活率为36.7%，第四天内救出救活率为19%，第五天内救出救活率为7.4%，越晚救活的希望就越小。上述数据表明,实施救助的时间越早,救出的人员越多；尤其震后72小时是救助被埋人员的关键时期。国内、外历次大震救援的事实证明，对压埋人员抢救越快越及时，救出救活的可能性越大。因此，震后对于被埋人员的迅速定位、迅速救援就成了救灾的关键，同时这也对救援技术和设备提出了更高的要求。目前，我国的地震救援队已配备了搜救犬和多种搜救仪器，包括声波振动生命探测仪、光学生命探测仪、红外声明探测仪等。这些手段虽然能够探测到生命信息的存在，但是对于精确定位方面做得还很不够，以致于耽误了宝贵的救援时间。因此如何进行精确定位、可视救援在当前抗震救援中的一个亟待解决的难题。

增强现实（AR,AugmentedReality），通常也称作扩充现实、增强视觉或增强现实视觉，是近年来国际上在虚拟现实研究的基础上发展出来的一个新的研究方向，也是虚拟现实研究领域的一个难点热点问题。增强现实技术就是将计算机生成的虚拟图像或其他信息有机地、实时地、动态地叠加（或融合）在观察者所看到的现实环境当中，并且这些虚拟信息与用户周围的现实环境融为一体，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的有机组成部分，当用户在真实场景中移动时，虚拟物体也随之发生变化，就好像这些虚拟物体是真的存在于真实场景中一样。这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体，也可以是关于存在的真实物体的非几何信息。从目前国内外发展的现状来看，增强现实系统仍然处于实验室阶段，目前已开发成功的跟踪注册技术一般需要在环境可控的条件下才可以取得精确的结果。相对于室内增强现实系统的发展，室外增强现实系统的发展相对滞后。要将虚拟图像准确地叠加在客观世界的场景上，就必须精确、实时地确定用户的位置和视线方向。对于室外增强现实系统，目前国际上通常采用的跟踪定位方法主要分三类：基于计算机视觉的注册定位、基于跟踪设备的注册定位、基于视觉和跟踪设备的混合注册定位。基于计算机视觉的三维注册方法以计算机视觉理论为基础，对CCD摄像机拍摄到的现实环境图像进行处理与识别，获取跟踪信息，其特点是设备简单、成本低廉，目前对基于计算机视觉的注册技术的研究在AR领域处于主导地位。但是对于大范围未知的户外环境，采用计算机视觉的注册方式并不合适。采用高精度定位方式，例如GPSRTK技术可以将定位精度达到厘米级，完全可以满足户外增强现实系统的需求。

利用增强现实技术将生命探测仪探测到的被埋人员信息实时叠加到救援人员所看到的现场视频图像上，就可以使救援人员实时看到被埋人员，不但使救援更加有的放矢，更重要是节省了宝贝的救援时间，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于增强现实技术的生命探测与救援系统及其实现方法，它可以在救援现场快速、精确定位被埋人员，并生成增强现实图像，指导救援的实现。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于增强现实技术的生命探测与救援系统，它包括集成了三维电子罗盘的生命探测仪，三维电子罗盘和生命探测仪均与穿戴式计算机连接；同时穿戴式计算机还与定位设备以及头盔显示器连接，并且头盔显示器也集成了三维电子罗盘和CCD摄像机。

所述定位设备为GPS接收机或光学或电磁或声学定位设备。

所述生命探测仪、定位设备以及头盔显示器与穿戴式计算机采用有线连接或无线连接方式。

一种基于增强现实技术的生命探测与救援系统方法，它的具体步骤为：

a.通过高精度定位设备进行实时、精确的测定救援人员的三维位置；

b.利用三维电子罗盘与生命探测仪，获得在某一已知位置点测定指向被埋人员的三维方向信息，即指向被埋人员的生命探测仪天线的三维角度信息；

c.通过至少两点的测量，得出被埋人员位置的三维坐标，具体计算方法如下：