專利名稱：基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行模擬器，尤其是涉及一種利用多個(gè)固定位置攝像機(jī) 拍攝真實(shí)場(chǎng)景的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器。
技術(shù)背景飛行模擬器是針對(duì)使用者所需要駕駛的飛機(jī)型號(hào)而設(shè)計(jì)的模擬執(zhí)行飛 行任務(wù)的裝置。其主要功能是在地面模擬空中的飛行條件和真實(shí)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，為使用者提供運(yùn)動(dòng)感覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和操縱負(fù)荷等各種感覺(jué)，使用 者會(huì)有身臨其境如真實(shí)駕駛飛機(jī)一樣?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的飛行模擬器克服了傳統(tǒng)模擬器造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不 易普及等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了輕量型，低成本的目標(biāo)?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的飛行模擬器 依據(jù)所采用顯示設(shè)備的不同主要分為兩類光學(xué)透視式和視頻透視式。其中， 光學(xué)透視式中的真實(shí)場(chǎng)景透過(guò)頭盔上的半透半反玻璃直接進(jìn)入使用者的視 野，跟蹤器跟蹤使用者頭部姿態(tài)計(jì)算虛擬場(chǎng)景的位置，將虛擬場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng) 景進(jìn)行疊加實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。視頻透視式模擬器中的使用者處在一個(gè)完 全沉浸的環(huán)境中，頭盔前部安裝場(chǎng)景攝像機(jī)用以拍攝真實(shí)場(chǎng)景的圖像，圖像 傳入計(jì)算機(jī)與虛擬場(chǎng)景融合后顯示在頭盔顯示器中。目前這兩種方式雖然克 服了傳統(tǒng)模擬器的一些缺點(diǎn)，但在系統(tǒng)的注冊(cè)配準(zhǔn)方面都存在共同的困難。 由于跟蹤裝置只是用來(lái)跟蹤使用者的頭部姿態(tài)，所以虛擬場(chǎng)景的位置可以準(zhǔn) 確計(jì)算，但虛擬場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景之間沒(méi)有配準(zhǔn)，為了使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合， 必須在真實(shí)場(chǎng)景中增加標(biāo)志點(diǎn)，在頭盔上除了加裝場(chǎng)景攝像機(jī)外還需加裝一 個(gè)配準(zhǔn)攝像機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)配準(zhǔn)。系統(tǒng)使用時(shí)使用者頭部是可以自由運(yùn)動(dòng) 的，為了在頭部運(yùn)動(dòng)的各個(gè)位置都能準(zhǔn)確進(jìn)行配準(zhǔn)，真實(shí)場(chǎng)景中需要布置數(shù) 量眾多的標(biāo)志點(diǎn)。這樣做在增加系統(tǒng)復(fù)雜程度的同時(shí)，影響了系統(tǒng)的外觀。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛行模擬器配準(zhǔn)方面的缺點(diǎn)，本發(fā)明 利用多個(gè)固定位置的場(chǎng)景攝像機(jī)拍攝真實(shí)場(chǎng)景，將各個(gè)攝像機(jī)拍攝的圖像拼 接獲得真實(shí)場(chǎng)景的圖像，拼接得到的圖像直接與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行融合。解決了 虛實(shí)配準(zhǔn)的問(wèn)題，大大提高了配準(zhǔn)精度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)所需跟蹤的場(chǎng)景范圍大小，采用若干個(gè)場(chǎng)景 攝像機(jī)，將攝像機(jī)統(tǒng)一安裝在支架上，懸掛于使用者頭部附近，使得攝像機(jī) 能夠從和使用者視點(diǎn)相近的位置將真實(shí)場(chǎng)景全部拍攝到。跟蹤使用者頭部姿 態(tài)的攝像機(jī)安裝在頭部上方。多個(gè)場(chǎng)景攝像機(jī)拍攝到的圖像同時(shí)傳入計(jì)算 機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)每個(gè)攝像機(jī)拍攝到的內(nèi)容從中裁剪出所需要的部分，直接將 其疊加到虛擬場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)配準(zhǔn)和融合。


圖1為本發(fā)明基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器示意圖； 圖2是多個(gè)攝像機(jī)安裝示意圖中l(wèi)一模擬器艙體、2 —跟蹤裝置、3 —頭盔顯示器、4一固定位置攝 像機(jī)、5 —卡盤支架。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施 例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是，使用多個(gè)固定位置攝像機(jī)拍攝真實(shí)場(chǎng)景，以獲得 使用者頭部在各個(gè)視點(diǎn)所能看到的全部真實(shí)場(chǎng)景圖像。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)拍攝到 的圖像進(jìn)行選擇和裁剪，處理的結(jié)果直接與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行疊加，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融 合和配準(zhǔn)。參照?qǐng)Dl，基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛模擬器主要分為三個(gè)部分: 模擬器艙體l，跟蹤裝置2、頭盔顯示器3和固定位置攝像機(jī)4。
模擬器艙體1為真實(shí)飛機(jī)的模擬機(jī)艙，艙內(nèi)構(gòu)造與真實(shí)飛機(jī)一致。跟蹤 裝置2為一臺(tái)跟蹤攝像機(jī)，用于跟蹤使用者的頭部姿態(tài)。頭盔顯示器3為系 統(tǒng)的顯示設(shè)備，用于將虛實(shí)融合后的圖像呈現(xiàn)給使用者。由一個(gè)或多個(gè)固
定位置的場(chǎng)景攝像機(jī)組成固定位置攝像機(jī)4，用來(lái)拍攝整個(gè)真實(shí)場(chǎng)景。
圖2是多個(gè)攝像機(jī)安裝示意圖。在圓形卡盤支架5上打孔或者采用其 他方式將多個(gè)攝像機(jī)固定在卡盤支架上，將固定后的卡盤支架5及攝像機(jī)懸 掛于使用者頭部附近。圖l所示的使用實(shí)例中，多攝像機(jī)結(jié)構(gòu)由四個(gè)場(chǎng)景攝 像機(jī)組成，它們各自拍攝機(jī)模擬器機(jī)艙內(nèi)的不同位置。前方一個(gè)攝像機(jī)拍攝 機(jī)艙儀表，后方并排三個(gè)攝像機(jī)分別拍攝使用者左手邊的按鍵、艙體內(nèi)部和 使用者右手邊的按鍵。
根據(jù)對(duì)本發(fā)明的上述描述，本發(fā)明能夠有效的解決基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的飛行 模擬器的虛實(shí)配準(zhǔn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的虛實(shí)融合。
以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不 用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器，該模擬器包括多個(gè)固定攝像機(jī)組成的真實(shí)圖像采集裝置，模擬真實(shí)飛機(jī)操作環(huán)境的模擬器艙體，用于跟蹤使用者頭部的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)跟蹤裝置，用于顯示虛實(shí)融合的最終圖像頭盔顯示器，其特征在于根據(jù)所需跟蹤的場(chǎng)景范圍大小，采用多個(gè)固定位置的攝像機(jī)組成的攝像機(jī)組拍攝真實(shí)場(chǎng)景，跟蹤裝置跟蹤使用者的頭部運(yùn)動(dòng)姿態(tài)后計(jì)算虛擬場(chǎng)景的準(zhǔn)確位置，將多個(gè)固定攝像機(jī)拍攝的真實(shí)背景與計(jì)算后的虛擬場(chǎng)景融合，通過(guò)頭盔顯示器將最終融合的圖像呈現(xiàn)給使用者，實(shí)時(shí)獲取真實(shí)場(chǎng)景的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器，其特征在于將多個(gè)場(chǎng)景攝像機(jī)統(tǒng)一安裝在卡盤支架上，懸掛于使用者頭部 附近，使得攝像機(jī)能夠從和使用者視點(diǎn)相近的位置將真實(shí)場(chǎng)景全部拍攝到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器，其特征在于在卡盤支架上采用打孔或者其他方式固定多個(gè)攝像機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于多個(gè)固定攝像機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)飛行模擬器。該發(fā)明包括模擬器艙體，跟蹤裝置，頭盔顯示器和多個(gè)固定位置的攝像機(jī)。多個(gè)固定攝像機(jī)用于拍攝真實(shí)場(chǎng)景，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)拍攝到的畫面進(jìn)行選擇和裁剪，其結(jié)果作為虛實(shí)融合過(guò)程中的真實(shí)場(chǎng)景。跟蹤裝置用于跟蹤使用者的頭部姿態(tài)，計(jì)算虛擬場(chǎng)景的準(zhǔn)確位置。頭盔顯示器用于顯示最終的虛實(shí)融合的圖像。
文檔編號(hào)G09B9/02GK101231790SQ20071030360
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者越 劉, 林 李, 王涌天, 翁冬冬 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)