一种激光干扰图像仿真方法、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及仿真领域，尤其涉及一种激光干扰图像仿真方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.由于真实环境复杂多变，且测试成本较高，难以随时去通过采集各种真实环境下的数据进行测试与数据分析，因此利用激光干扰仿真成像的数据进行数据测试分析意义尤为重要。中国专利文献《基于实测图像的激光干扰效应仿真方法》(cn107507237a)公开了一种技术方案利用公告板(billboard)提取实测信息进行激光干扰仿真。清华大学出版社《开放场景图(open scene graph，osg)三维渲染引擎编程指南》(isbn 978-7-302-21303-1)说明了利用osg三维渲染引擎构建三维仿真场景与相关成像技术。现有技术尚不能实现激光仿真干扰成像。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种激光干扰图像仿真方法、装置及存储介质，以克服构建真实测试环境成本高、难度大的问题。
4.根据本技术的一个方面，本技术提供了一种激光干扰图像仿真方法，该方法包括：
5.在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；
6.以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；
7.确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；
8.在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；
9.利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。
10.优选地，在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像之后还包括：利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈。
11.优选地，所述激光光束为正四棱柱激光光束。
12.优选地，激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点为正四棱柱激光光束与抬头显示相机所在空间平面的四个交点。
13.优选地，在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像包括：将所述四个交点作为干扰纹理图像的四个顶点，从开放场景图世界坐标转为抬头显示相机视口二维坐标，并在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像。
14.优选地，利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈包括：
15.以激光干扰纹理图像中心为原点，向外拓展预设半径像素长度，形成主光斑；
16.从预设半径以外利用三角函数以λ长度为波长计算对应纹理像素单元的透明度，得到了透明度渐变的光环。
17.优选地，该方法还包括：
18.配合色器系统时间实现光圈波动。
19.本技术提供了一种激光干扰图像仿真装置，该装置包括：
20.构建模块，用于在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；
21.交点确定模块，用于确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；
22.绘制模块，用于在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；
23.渲染模块，用于利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。
24.优选地，绘制模块，还用于利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈。
25.优选地，所述激光光束为正四棱柱激光光束。
26.本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行所述的任一项方法。
27.根据本技术的技术方案，很好的实现了在脱离实际装备联合测试的情况下，利用软件模拟生成激光干扰图像仿真效果，对各种光学传感器以及抗干扰设备测试与分析提供的更加高效便捷图像数据支撑，最大程度的压缩了实验测试成本。根据本技术的技术方案，避免了需要用现实设备在各种不同的现实环境下去构建激光干扰的测试场景，从而不受环境与实验设备的限制。本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术。在附图中：
29.图1是本技术提供的基于osg渲染引擎的激光干扰仿真成像的过程；
30.图2是本技术提供的在利用osg渲染引擎构建的激光干扰想定场景的示意图；
31.图3是本技术提供的激光光束与hud相机平面相交以及纹理的示意图；
32.图4在本技术提供的干扰纹理平面计算利用着色器计算生成泊松衍射光圈的示意图；
33.图5-图10是本技术提供的激光干扰器在不同角度下照射目标传感器所生成的最终效果图；
34.图11是本技术提供的激光干扰仿真装置示意图。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施方式及各个实施方式中的特征可以相互组合。
36.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术。
37.本技术提供了一种激光干扰仿真方法，该方法包括：
38.在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；
39.以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；
40.确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；
41.在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；
42.利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。
43.优选地，在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像之后还包括：利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈。
44.图1出示了本技术基于osg渲染引擎的激光干扰仿真成像方法流程图，具体包括：
45.步骤101，在osg世界坐标系下构建激光干扰想定场景，其中包括必要的激光发射器模型，被干扰模型(导弹)等模型对象；
46.如图2所示，osg世界坐标系oxyz对于显示器而言x轴指向屏幕右侧，y轴指向屏幕内，z轴指向屏幕上。
47.示例地，在当前想定场景中战斗机发射导弹对探测器进行打击，激光发射器发射光束跟踪照射弹头干扰其制导状态，阻止导弹摧毁探测器。
48.在osg三维场景中已知激光发射器的实时坐标为lepos和导弹的实时坐标mpos，通过以发射器坐标lepos为中心计算mpos相对于计算lepos的方位azimuth和俯仰pitch，根据方位和俯仰激光即可以一直锁定照射在导弹的探测器头上。
49.步骤102，在主相机视口(弹道视角)上构建抬头显示(head up display，hud)相机；
50.如图3所示，f点为主视口相机的焦点，a、b、c、d代表视口的四个角点也代表屏幕四个交点，在主相机的基础上再构建一个hud相机平面a`b`c`d`用于绘制现实激光干扰纹理图像。
51.步骤103，利用正四棱柱模拟光柱，根据激光入射向量，hud所在的空间平面来求取四个交点；
52.在图3中，在求解交点前，须计算在osg世界坐标系下相机主轴向量与假设在osg世界坐标系初始单位向量为则计算公式如下：
[0053][0054]
其中ma为方位旋转矩阵，m
p
为俯仰旋转矩阵，mr为滚转旋转矩阵，m
pos
为平移矩阵，通过以上过程同样可计算获得向量。由于光束要与平面相交则向量与之间的夹角θ必须大于90
°
：
[0055][0056]
当θ大于90
°
时说明有交点，此时hud相机平面单位法向量已知(单位化即可)，以及实时视点坐标p点或p`点(x
p
,y
p
,z
p
)，根据点法式：
[0057]
a(x-x
p
)+b(y-y
p
)+c(z-z
p
)＝0；
[0058]
即可获得平面在osg坐标系下的方程表达式，再根据向量激光发射点e的实时坐标(xe,ye,ze)以及光柱半径r，通过平移后就得到直线gg`，hh`，kk`，jj`三维空间参数化方程：
[0059][0060]
其中(m,n,p)为向量的单位向量，其中(x0,y0,z0)分别代表了平移距离到gg`，hh`，kk`，jj`后通过的g，h，k，j点的坐标，根据直线与平面方程求交即可获得四个交点坐标g`(x
g`
,y
g`
,z
g`
)，h`(x
h`
,y
h`
,z
h`
)，k`(x
k`
,y
k`
,z
k`
)，j`(x
j`
,y
j`
,z
j`
)。其中(m,n,p)是向量的法向量，t为参数方程中的参数。
[0061]
步骤104，在hud相机平面绘制激光干扰纹理图像；
[0062]
在步骤103中已计算得到osg世界坐标系下的四个交点坐标，由于激光干扰纹理图像是绘制在hud相机平面，也就是屏幕二维坐标系上，因此需要将osg世界坐标转为屏幕二维坐标，根据osg世界坐标转屏幕二维坐标系公式：
[0063]
screenpos(x,y)＝wordpos(x,y,z)*mv*m
p
*mw[0064]
式中mv为主相机视矩阵，m
p
为投影矩阵，mw为窗口变换矩阵。通过计算得到的四个hud屏幕坐标点作为干扰纹理图像的四个顶点坐标，将投影变形后的激光干扰纹理图像绘制到hud相机视口平面。其中wordpos(x,y,z)对应于交点g’、h’、k’、j’的坐标。
[0065]
步骤105，对绘制的激光干扰纹理图像利用着色器进行二次处理生成动态衍射光圈。
[0066]
如图4所示，以纹理中心为原点，向外拓展半径为d的像素长度，此圆形区域内为主光斑区域不做计算，从半径d以外开始利用三角函数以λ长度为波长计算对应纹理像素单元的透明度，就得到了一圈一圈透明度渐变的光环，再配合着渲染帧时间的刷新递增作为三角函数角度参数因子(50.*(d+osg_frametime*0.1)*3.1415926)，实现了光圈波动效果。片元着色器计算程序如下：
[0067][0068][0069]
其中，vcoord为像素点坐标，color为像素单元rgba值，osg_frametime为osg渲染引擎的渲染帧时间，gl_fragcolor为最终纹理片元的渲染颜色。
[0070]
步骤106，根据步骤101-105的逐步构建与计算，利用osg渲染引擎将激光干扰纹理图像渲染显示到窗口界面。
[0071]
如图5-图10所示，激光发射器在各种不同的角度下照射导弹探测器所产生的最终效果，衍射波动效果无法通过图像查看，需要产看视频观看效果。
[0072]
本技术提供了一种基于osg渲染引擎的激光干扰仿真成像实现的方法。该方法包括了激光干扰想定场景的构建；在osg渲染场景中构建激光干扰成像的hud相机；根据想定场景中各个实例模型对象的逻辑与空间关系实时动态计算hud相机上激光干扰纹理图像的顶点坐标；利用着色器(shader)计算实现激光干扰下泊松衍射光圈的动态波动；对干扰的最终效果进行动态的渲染显示；根据本技术的技术方案，很好的实现了在脱离实际装备联合测试的情况下，利用纯软件算法模拟生成激光干扰图像仿真效果，对各种光学传感器以及抗干扰设备测试与分析提供的更加高效便捷图像数据支撑，最大程度的压缩了实验测试成本。
[0073]
本技术提供了一种基于osg渲染引擎的激光干扰仿真成像的实现方法，该方法包括：
[0074]
在三维场景中构建激光干扰模型体系的想定场景；
[0075]
在想定场景中包括被干扰目标、激光干扰发射器、背景地形等等，所有模型均按照osg世界坐标添加到场景中；
[0076]
在三维场景中，激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰，实现限制被干扰目标的运动的目的；
[0077]
以被干扰目标的探测传感器为第一视角，来模拟被干扰目标的实时运动状态包括位置与姿态，osg三维场景视口将实时渲染显示被干扰目标视角下的三维场景画面。
[0078]
以被干扰目标模型的传感器为第一视角显示三维场景的画面；
[0079]
在第一视口的基础上叠加用于显示绘制激光干扰效果的hud相机，当激光发射器照射被干扰目标传感器时，就会将干扰效果实时绘制到hud相机上。
[0080]
在场景主视口相机的基础上叠加显示干扰的hud相机。
[0081]
当激光发射器与被干扰目标均在场景中运动时，则根据激光发射器与被干扰目标的实时位置与姿态计算激光发射器发射的光柱与hud相机所在空间平面的交点；
[0082]
这里为了方便绘制干扰纹理，以及体现激光光束的平行特性，采用四棱柱与hud相机平面计算交点坐标即绘制干扰纹理的顶点坐标，然后根据顶点坐标将纹理实时绘制到hud相机上。
[0083]
实时计算干扰纹理的顶点坐标并将纹理绘制到hud相机平面上。
[0084]
在绘制完成纹理之后，为了体现干扰的真实性，利用shader着色器对纹理图图斑进行一次后处理，生成动态波动的泊松衍射光圈，再将最终效果显示到界面视口。
[0085]
根据本技术的一个方面，提供了一种基于osg渲染引擎的激光干扰仿真成像的实现方法，该方法包括：
[0086]
利用osg渲染引擎构建激光干扰想定场景；
[0087]
在场景中按照osg世界坐标系来添加运动的模型节点；
[0088]
在视口主相机上叠加绘制显示干扰效果的hud相机；
[0089]
实时计算激光干扰发射器发射的光束与hud相机所在的平面的交点，并根据交点
坐标绘制干扰效果图。
[0090]
在已有的干扰效果的基础上利用着色器对干扰图像进的纹理进行二次处理使之形成波动的泊松衍射光圈，最终展现出真实的干扰效果。
[0091]
本技术还提供了一种激光干扰图像仿真装置，如图11所示，该装置包括：构建模块，用于在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；交点确定模块，用于确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；绘制模块，用于在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；渲染模块，用于利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。
[0092]
本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行所述的任一项方法。
[0093]
以上所述仅为本技术的较佳实施方式而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种激光干扰图像仿真方法，其特征在于，该方法包括：在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像之后还包括：利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光光束为正四棱柱激光光束。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点为正四棱柱激光光束与抬头显示相机所在空间平面的四个交点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像包括：将所述四个交点作为干扰纹理图像的四个顶点，从开放场景图世界坐标转为抬头显示相机视口二维坐标，并在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈包括：以激光干扰纹理图像中心为原点，向外拓展预设半径像素长度，形成主光斑；从预设半径以外利用三角函数以λ长度为波长计算对应纹理像素单元的透明度，得到了透明度渐变的光环。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：配合色器系统时间实现光圈波动。8.一种激光干扰图像仿真装置，其特征在于，该装置包括：构建模块，用于在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；交点确定模块，用于确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；绘制模块，用于在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；渲染模块，用于利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，绘制模块，还用于利用着色器对激光干扰纹理图像进行处理以生成动态衍射光圈。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有指令，当由一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7所述的任一项方法。

技术总结
本申请提供了一种激光干扰图像仿真方法、装置及存储介质。该方法包括：在三维场景中构建激光干扰想定场景，该想定场景包括被干扰目标和激光干扰发射器，其中激光干扰发射器发射激光光束对被干扰目标进行激光照射干扰；以被干扰目标构建主相机视口，在主相机视口上构建抬头显示相机；确定激光光束与抬头显示相机所在空间平面的交点；在抬头显示相机视口平面绘制激光干扰纹理图像；利用开放场景图渲染引擎对激光干扰纹理图像进行渲染。根据本申请的技术方案，实现了在脱离实际装备联合测试的情况下，利用软件模拟生成激光干扰图像仿真效果。利用软件模拟生成激光干扰图像仿真效果。利用软件模拟生成激光干扰图像仿真效果。


技术研发人员：成志铎 张金文 罗晔 王召
受保护的技术使用者：北京未尔锐创科技有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/20