本發(fā)明屬于紅外制導半實物仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外圖像實時處理方法。

背景技術(shù)：

隨著仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，導彈仿真已貫穿于導彈武器系統(tǒng)的整個研制階段，而紅外成像導彈憑借其探測精度高，抗干擾能力強等優(yōu)點也得到了迅猛發(fā)展，而對應的紅外成像仿真技術(shù)也在不斷的發(fā)展，其中紅外成像模擬器的發(fā)展也先后經(jīng)歷了點源模擬器、低分辨率（一般為64×64獲128×128）DMD模擬器或是光纖面陣模擬器以及電阻陣模擬器、高分辨模擬器等多個發(fā)展階段。

紅外成像仿真技術(shù)的發(fā)展給紅外成像導彈的發(fā)展起到了極大的促進作用，應用紅外仿真技術(shù)可以在試驗室內(nèi)完成紅外成像導引頭的跟蹤算法、抗干擾算法及控制算法的驗證，縮短了型號的研制周期，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，該技術(shù)的發(fā)展具有極大的經(jīng)濟價值。

紅外圖像生成方法與紅外目標模擬器作為紅外成像仿真系統(tǒng)的兩個重要組成部分，其發(fā)展對紅外成像仿真技術(shù)發(fā)展具有重要意義。而現(xiàn)階段紅外圖像生成方法的發(fā)展遠比紅外目標模擬器的發(fā)展落后，紅外圖像生成作為紅外目標模擬器的前端輸入，完成仿真過程中多個紅外目標、背景及紅外干擾圖像的實時合成，合成后的紅外圖像通過專門紅外圖像接口輸入到紅外目標模擬器轉(zhuǎn)換成紅外圖像輸出，供紅外成像導引頭探測跟蹤。

傳統(tǒng)的紅外圖像生成方法采用事先合成法，并不能采用實時建模合成的方法完成，主要是因為多幅紅外圖像合成渲染過程中需要對每個像素點進行合成計算，當圖像的分辨率增大時該計算量急劇增加對傳統(tǒng)采用串行計算方式的計算機來說是無法實時完成該項工作的。事先合成法過程為：仿真試驗前根據(jù)仿真試驗需求事先將需要的紅外圖像生成好，再由圖像控制計算機將其逐個讀入到計算機內(nèi)存中，圖像控制計算機根據(jù)仿真系統(tǒng)命令實時將紅外圖像按順傳輸給紅外成像目標模擬器。

該方法在實際應用中存在很大局限性，第一：對圖像控制計算機的內(nèi)存消耗巨大，圖像控制計算機在仿真試驗前需要將整個彈道的紅外圖像一次讀入到內(nèi)存中，按5ms一幀512×512的紅外圖像計算對于一個20s的彈道來說其內(nèi)存消耗為4GB，普通計算機無法完成該工作。第二：仿真試驗靈活性極差，每次仿真試驗時都需要事先將需要的紅外圖像生成好，在讀進內(nèi)存，過程中會耗費好長時間完成準備工作，仿真試驗過程極不方便，極度影響仿真試驗效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種紅外圖像實時處理方法，具體為一種基于RTX操作系統(tǒng)的GPU紅外場景實時合成方法，該方法可以有效解決紅外成像仿真中紅外場景的實時建模合成過程，提高了仿真試驗置信度，簡化了仿真試驗過程。

本發(fā)明提供一種紅外圖像實時處理方法，包括：提供RTX操作系統(tǒng)，接收紅外場景建模計算機的待合成紅外圖像；通過RTX強實時操作系統(tǒng)啟動GPU核函數(shù)，為所述待合成紅外圖像的每個像素點分配圖像渲染合成線程，以進行計算合成。

可選的，所述待合成紅外圖像包括紅外目標、紅外背景及多發(fā)紅外干擾圖像。

可選的，所述RTX接收所述待合成紅外圖像后，還包括根據(jù)外部時鐘同步信號將所述待合成圖像的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鯮TX操作系統(tǒng)的顯卡內(nèi)存中。

可選的，還包括通過調(diào)用CUDA函數(shù)對所述顯卡內(nèi)存進行分配，分配顯卡內(nèi)存大小與所述待合成紅外圖像數(shù)據(jù)量一致。

可選的，還包括將所述待合成的紅外圖像通過PCIe總線傳至所述顯卡內(nèi)存。

可選的，所述GPU內(nèi)部中，若干數(shù)目的線程組成一個block，進而若干數(shù)目的block組成一個grid，通過所述GPU對所述進程進行分配。

可選的，所述分配后的進程并行運行，所述進程之間可以通過共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互。

可選的，所述分配后的進程數(shù)量與所述待合成的紅外圖像的像素點相同，每個啟動的進程按照坐標位置讀取所述待合成紅外圖像相應像素點的灰度值。

可選的，所述GPU進程根據(jù)預先設(shè)定的紅外圖像變換、渲染及合成算法進行計算，并得到對應坐標位置像素點的灰度值。

可選的，所述線程與線程之間進行同步操作，先計算完成的線程等待后計算完成的線程，待所有線程完成計算之后再執(zhí)行后續(xù)任務。

可選的，提供紅外成像目標模擬器，將所述計算合成后的紅外圖像傳輸?shù)郊t外成像目標模擬器，形成紅外物理熱圖供導引頭探測跟蹤。

本發(fā)明的設(shè)計思想是利用RTX操作系統(tǒng)的強實時性和GPU多線程并行處理的強大計算能力，實現(xiàn)紅外多個場景的實時合成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1） 解決了紅外成像仿真試驗前需要事先生成紅外圖像帶來的非實時性問題及操作復雜問題。

（2） 本發(fā)明中通過構(gòu)建實時操作系統(tǒng)平臺，并利用GPU的強大計算能力，實現(xiàn)了紅外成像仿真中多個紅外場景的實時合成渲染，提高了系統(tǒng)的實時性及可操作性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例的紅外圖像實時處理方法的系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一個實施例的軟件工作流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例的單個紅外目標與紅外背景圖像合成之后的效果圖。

具體實施方式

現(xiàn)有技術(shù)的紅外圖像生成方法采用事先合成法，對圖像控制計算機的內(nèi)存消耗巨大，圖像控制計算機在仿真試驗前需要將整個彈道的紅外圖像一次讀入到內(nèi)存中，普通計算機無法完成該工作；并且仿真試驗靈活性極差，每次仿真試驗時都需要事先將需要的紅外圖像生成好，在讀進內(nèi)存，過程中會耗費好長時間完成準備工作，仿真試驗過程極不方便，極度影響仿真試驗效率。

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種紅外圖像實時處理方法，具體為一種基于RTX操作系統(tǒng)的GPU紅外場景實時合成方法，該方法可以有效解決紅外成像仿真中紅外場景的實時建模合成過程，提高了仿真試驗置信度，簡化了仿真試驗過程。

本發(fā)明的紅外圖像實時處理方法包括：提供RTX操作系統(tǒng)，接收紅外場景建模計算機的待合成紅外圖像；通過RTX實時操作系統(tǒng)啟動GPU核函數(shù)，為所述待合成紅外圖像的每個像素點分配圖像渲染合成線程，以進行計算合成。

其中，所述待合成紅外圖像包括紅外目標、紅外背景及多發(fā)紅外干擾圖像。

所述RTX接收所述待合成紅外圖像后，還包括根據(jù)外部時鐘同步信號將所述待合成圖像的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鯮TX操作系統(tǒng)的顯卡內(nèi)存中。還包括通過CUDA函數(shù)對所述顯卡內(nèi)存進行分配，分配顯卡內(nèi)存大小與所述待合成紅外圖像數(shù)據(jù)量一致。

還包括將所述待合成的紅外圖像通過PCIe總線傳至所述顯卡內(nèi)存。在所述GPU內(nèi)部中，若干數(shù)目的線程組成一個block，進而若干數(shù)目的block組成一個grid，通過所述GPU對所述進程進行分配。

所述分配后的進程并行運行，所述進程之間可以通過共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互。所述線程與線程之間進行同步操作，先計算完成的線程等待后計算完成的線程，待所有線程完成計算之后再執(zhí)行后續(xù)任務。所述分配后的進程數(shù)量與所述待合成的紅外圖像的像素點相同，每個啟動的進程按照坐標位置讀取所述待合成紅外圖像相應像素點的灰度值。

進一步地，所述GPU進程根據(jù)預先設(shè)定的紅外圖像變換、渲染及合成算法進行計算，并得到對應坐標位置像素點的灰度值。

最后還包括提供紅外成像目標模擬器，將所述計算合成后的紅外圖像傳輸?shù)郊t外成像目標模擬器，形成紅外物理熱圖供導引頭探測跟蹤。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是RTX操作系統(tǒng)接收紅外場景建模計算機的紅外背景圖像、紅外目標圖像及紅外干擾圖像，同時根據(jù)外部時鐘同步信號將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@存中，通過RTX強實時操作系統(tǒng)啟動GPU核函數(shù)并為每個像素點分配圖像渲染合成線程，每個線程負責完成該像素點的紅外圖像變換、計算該像素點灰度值并將紅外場景的多個目標、背景及干擾相同位置坐標的像素點合成運算，每個像素點渲染合成后，整幅合成后的圖像立即返回RTX主機軟件，RTX主機軟件通過相應接口將圖像輸出。

本發(fā)明中提出應用RTX實時操作系統(tǒng)完成紅外場景的接收控制，GPU核函數(shù)的啟動控制也是在RTX操作系統(tǒng)下完成，利用GPU強大的并行處理計算能力，為每個像素點分配一個獨立進程并對其進行計算合成，整個系統(tǒng)構(gòu)建平臺為實時操作系統(tǒng)，從而保證了系統(tǒng)的實時性。

下面參見附圖對本發(fā)明進行進一步描述。

本發(fā)明為一種基于RTX操作系統(tǒng)的GPU紅外場景實時合成方法，利用RTX實時操作系統(tǒng)的強實時性與GPU并行處理計算的強大能力，提出了一種有效解決紅外成像仿真試驗過程中紅外場景不能實時生成，導致仿真試驗置信度低、仿真試驗過程復雜的問題，如圖1所示為本發(fā)明一個實施例的紅外圖像實時處理方法的系統(tǒng)示意圖，本發(fā)明的具體實施步驟如下：

步驟1 ，準備一臺圖像工作站，安裝好RTX操作系統(tǒng)，根據(jù)處理圖像分辨率選擇一款nvidia高性能顯卡提供并行計算處理器，nvidia顯卡支持cuda模型建模便于進行通用計算。

步驟2，開發(fā)一款基于RTX操作系統(tǒng)的主機軟件，主機軟件接收外部需要合成的多幅紅外圖像，根據(jù)時鐘同步信號對顯卡內(nèi)存進行分配，將待合成的紅外圖像發(fā)送至顯存，并接收合成后的紅外圖像，控制GPU線程的啟動。

步驟3，開發(fā)GPU紅外場景實時合成設(shè)備端軟件，該軟件運行在顯卡內(nèi)部GPU上，負責接收主機發(fā)送的紅外圖像，對紅外圖像進行變換合成渲染，并將合成結(jié)果返回主機。

參見圖2為本發(fā)明的一個實施例的軟件工作流程示意圖，軟件的工作流程為：

（1）主機軟件接收待合成紅外圖像，包括紅外目標、紅外背景及多發(fā)紅外干擾圖像。

（2）主機軟件通過調(diào)用CUDA函數(shù)對顯卡內(nèi)存進行分配，分配內(nèi)存大小與紅外圖像數(shù)據(jù)量一致。

（3）主機軟件將待合成的紅外圖像通過PCIe總線傳至顯卡內(nèi)存。

（4）主機軟件根據(jù)外部時鐘同步信號啟動GPU核函數(shù)，主機軟件為每個像素點分配一個進程，完成并行處理計算。

（5）GPU內(nèi)部多個線程組成一個block，多個block組成一個grid，GPU會對其進程進行分配，分配好的進程可以并行運行，相互之間可以通過共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互。

（6）分配好的進程數(shù)量與圖像像素點相同，每個啟動的進程按照坐標位置讀取紅外圖像相應像素點的灰度值。

（7）GPU進程根據(jù)預先設(shè)定的紅外圖像變換、渲染及合成算法進行計算，并得到對應坐標位置像素點的灰度值。

（8）各個線程之間進行同步操作，先計算完成的線程等待后計算完成的線程，避免數(shù)據(jù)錯亂，待所有線程完成計算之后再執(zhí)行其他任務。

（9）線程同步完成之后，各線程會將計算結(jié)果寫入顯卡內(nèi)存指定位置，并將計算結(jié)果返回主機。

（10）主機將接收到的返回結(jié)果傳輸?shù)郊t外成像目標模擬器，形成紅外物理圖像供導引頭探測跟蹤，圖3所示為本發(fā)明一個實施例的單個紅外目標與紅外背景圖像合成之后的效果圖。

本發(fā)明屬于紅外制導半實物仿真技術(shù)領(lǐng)域，特指一種紅外成像實時合成方法。本發(fā)明的設(shè)計思想是利用RTX操作系統(tǒng)的強實時性及GPU強大的并行計算處理能力完成多個紅外圖像的實時渲染合成；本發(fā)明采用的方案是利用RTX操作系統(tǒng)構(gòu)建實時操作系統(tǒng)平臺，并基于RTX操作系統(tǒng)設(shè)計主機軟件，主機軟件控制GPU進程的啟動及數(shù)據(jù)流控制。本發(fā)明有效的解決了紅外成像仿真試驗前需要事先生成紅外圖像帶來的非實時性問題及操作復雜問題，提高了仿真試驗實時性與置信度。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。