[发明专利]一种基于虚实融合机场场面监视视觉增强的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术和计算机视觉领域，具体涉及一种基于虚实融合机场场面监视视觉增强的方法。

背景技术

近年来，国民经济的高速增长带动中国民航运输业的市场需求不断扩大，民航运输量始终保持很高的增长率在发展。根据民航总局公布的统计结果，从2000年～2009年，年航班起降架次从1757117架次增加到4840710架次。9年来航班起降架次总量翻了近三倍，年平均增长率达11.8%。根据预测，到2020年，全国机场货邮吞吐量、旅客吞吐量将分别保持15％和11.4％的年均增长速度。如此快速的发展速度，快速增长的交通流量给机场运行安全与效率提出了更高的要求。

低能见度是影响机场场面管制的最大因素，在低能见度下，机场容量大幅度降低，导致航班延误增加。如何在保证安全的前提下，减少低能见度下的航班延误，提高运营效率，也是航空公司和机场普遍关心的问题。

为了克服传统视觉传感器在低能见度下的缺陷，研究人员在近年来通过不断探索提出了若干解决方案。随着成像技术的进步，人们开始研究能穿透云雾的红外或微波图像传感技术。利用红外成像技术对夜晚、大雾等低能见度天气的适应能力，通过配准和融合单视角的红外和可见光图像，形成增强视觉图像。此外，合成视觉系统(SVS：Synthetic Vision System)根据当前视角的位置、高度和姿态等参数，再结合地形数据库实时计算生成虚拟三维场景视景，使生成视景与当前视点观察的内容一致，从而达到视觉增强的目的。随着计算机图形学等技术的快速进展，21世纪以来，合成视觉技术已逐渐成为解决低能见度视觉问题的热点。诚然，红外、微波技术与合成视觉系统在技术革新的同时为机场场面监视提供了新方法、新手段，但两者都有其局限。红外、毫米波传感器等成像设备，在图像分辨率、对比度等方面存在严重缺陷；而SVS完全采用计算机图形学进行绘制，只是对真实世界的一种展示，易造成监视人员在感官上对其缺乏信任。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚实融合机场场面监视视觉增强的方法，解决目前机场场面在低能见度的情况下无法清晰准确的知道地面情况，而现有的视觉增强技术严重缺乏场景还原真实性，并且在感官上缺乏信任的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于虚实融合机场场面监视视觉增强的方法，包括以下步骤：

步骤一，通过红外传感器与可见光传感器获取机场场面信息，对红外传感器获取图像利用分段线性变换算法进行对比度增强处理，对可见光传感器获取的可见光图像采用基于大气散射模型的图像去雾算法，并充分利用CPU和GPU的并行处理能力，进行实时去雾处理；

步骤二，将经过处理后的红外传感器获取的图像和可见光传感器获取的图像进行时间同步，并通过sift特征检测及仿射变换进行几何一致性配准，配准后的图像采用三层拉普拉斯金字塔分解，并按照像素值取大的原则进行融合，得到增强视觉图像；

步骤三，求解相机的内外参数，即恢复视觉参数，其中内参数利用直接线性变换算法通过相机标定确定，外参数是通过特征匹配得到六个二维图像的像素坐标及其在三维模型中对应的世界坐标，求解由这六对点组成的线性方程组，利用最小二乘优化恢复投影矩阵确定；

步骤四，将获取的视觉参数输入三维引擎，经过裁剪和渲染得到与真实场景视点一致的三维虚拟视景；

步骤五，将得到的增强视觉图像和三维虚拟视景配准后混合叠加，实现信息互补获得清晰度非常高的虚实合成场景。

进一步的所述步骤一中，分段线性变换算法具体是如下，

假定原图像f(x,y)的灰阶范围为[a,b]，希望变换后的图像g(x,y)的灰阶范围扩展至[c,d]，则分段线性变换算法数学表达式如下：