本發明涉及視景增強技術領域，具體為一種增強視景系統及增強顯示中跑道的增強顯示方法。

背景技術：

目前增強視景系統(下文中，“EVS”)在飛機上的使用已較為普遍。且主要被用于飛機進近、著陸和滑跑階段，便于飛行員觀察機場周圍情況，尤其是幫助飛行員更加清晰的觀察到目標著陸跑道。典型的EVS系統包括成像設備，包含但不限于，可見低光電視攝像機、紅外攝像機、或者能夠檢測處于可見光譜內或外的光或電磁輻射的任何其他合適的光檢測系統。EVS接收外部視景的光并形成EVS圖像，然后顯示在駕駛員用顯示器上，用于增強飛行員態勢感知能力，提高飛行安全性。且EVS比人眼對光的敏感性要強，在低能見度條件下便于飛行員觀察到人眼不可見的地形、機場、障礙物等元素。EVS一個優勢是顯示實際存在的圖像，然而目前EVS分辨率較低，且易受大霧、霾的影響，導致跑道在EVS圖像中并不顯著，飛行員很難從圖像中識別出跑道位置。據統計目前在低能見度條件下飛行員從EVS中觀察到跑道的概率不足60％。為了提高EVS圖像清晰度，羅克韋爾柯林斯公司和霍尼韋爾公司都開發了組合視景系統(CVS)使用合成視景系統(SVS)的畫面與增強視景畫面疊加或融合以提高增強視景畫面的清晰度便于飛行員看到跑道。但合成視景圖像中跑道信息來源于跑道數據庫數據存在誤差，EVS和SVS圖像不能完全重合，容易使飛行員誤解。

因此，提供EVS圖像中跑道的增強顯示方法已成為現實需求。通過利用相關數據識別出EVS圖像中跑道位置，并使其在視覺上突顯，以提高飛行員對跑道的感知，提高飛機著陸的精確性和安全性。

技術實現要素：

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種增強視景系統及增強顯示中跑道的增強顯示方法。系統包括被配置成用于生成表示增強視景圖像的視景增強系統、生成向處理器提供飛機位置、姿態和航向信息的航空電子傳感器、用于存儲數據庫并提供跑道位置信息的數據存儲設備、和對數據進行處理并得到跑道增強顯示圖像的處理器。利用增強視景圖像、飛機位置、姿態和航向信息和跑道位置數據，計算出視景增強圖像中跑道的顯示位置，并對跑道進行增強顯示，使其在視覺上突顯。

本發明的技術方案為：

所述一種增強視景系統，其特征在于：包括視景增強系統、數據存儲設備、航空電子傳感器和處理器；所述視景增強系統能夠生成表示增強視景圖像的第一信號；所述數據存儲設備用于存儲表示跑道位置信息的數據，同時生成表示跑道位置信息的第三信號；所述航空電子傳感器能夠生成表示飛機位置、姿態和航向信息的第二信號；所述處理器利用第一、第二和第三信號并經過處理得到跑道增強顯示圖像。

進一步的優選方案，所述一種增強視景系統，其特征在于：所述視景增強系統包括適于安裝到飛機并能夠檢測飛機外部光信號的一個或多個傳感器；所述傳感器包括可見低光電視攝像機、紅外攝像機、毫米波攝像機、或者能夠檢測處于可見光譜內或外的光的任何其它光感測設備。

進一步的優選方案，所述一種增強視景系統，其特征在于：所述第一信號是根據外部光信號生成的光信息圖像，還包含視景增強系統的安裝和性能信息；所述視景增強系統的安裝和性能信息包括視景增強系統視場角度和視景增強系統與飛機位置誤差。

進一步的優選方案，所述一種增強視景系統，其特征在于：所述第二信號包括機載真實的傳感器數據，或者是機載系統經過計算和校準的飛機位置、姿態和航向信息；還包括飛機位置誤差信息。

所述一種增強視景系統圖像中跑道增強顯示的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：根據第一信號中視景增強系統視場角度，確定攝像機的顯示角度，包括水平角度Δh和垂直角度Δv；根據第二信號中飛機的位置、姿態和航向信息，確定攝像機在三維空間坐標系中的位置為(fx1,fy1,fz1)，攝像機旋轉角為r，俯仰角為p，方向為h；根據第三信號中的跑道空間位置信息

(Δx1,Δy1,Δz1),(Δx2,Δy2,Δz2),(Δx3,Δy3,Δz3),(Δx4,Δy4,Δz4)

以及第一信號中的視景增強系統安裝誤差δ，第二信號中的飛機位置誤差ε和第三信號中的跑道位置誤差σ；確定跑道在空間坐標系的位置范圍為

(Δx1+ξ,Δy1+ξ,Δz1+ξ),(Δx2+ξ,Δy2+ξ,Δz2+ξ),(Δx3+ξ,Δy3+ξ,Δz3+ξ),(Δx4+ξ,Δy4+ξ,Δz4+ξ)，其中ξ＝ε+σ+δ；

步驟2：根據攝像機位置、姿態和方向，在空間坐標系中依次連接

(Δx1+ξ,Δy1+ξ,Δz1+ξ),(Δx2+ξ,Δy2+ξ,Δz2+ξ),(Δx3+ξ,Δy3+ξ,Δz3+ξ),(Δx4+ξ,Δy4+ξ,Δz4+ξ)，實現在空間中繪制一個與背景色區分的四邊形，并生成與增強視景圖像顯示范圍一致的跑道位置范圍圖像；

步驟3：遍歷步驟2生成的跑道位置范圍圖像中各個像素，找出四邊形4個頂點位置為跑道在增強視景圖像中的位置范圍

(Δx1^/,Δy1^/),(Δx2^/,Δy2^/),(Δx3^/,Δy3^/),(Δx4^/,Δy4^/)；

步驟4：在步驟3得到的跑道在增強視景圖像中的位置范圍內，采用圖像處理方法查找跑道邊界；并根據邊界位置對跑道進行增強繪制。

進一步的優選方案，所述一種增強視景系統圖像中跑道增強顯示的方法，其特征在于：步驟4中采用的圖像處理方法包括但不限于Hough變換或者Canny邊緣檢測算法。

進一步的優選方案，所述一種增強視景系統圖像中跑道增強顯示的方法，其特征在于：步驟4中的增強繪制包括增加強度、色彩、形狀或其組合處理，使得跑道在增強視景圖像中突顯。

有益效果

采用本發明，能夠根據跑道數據在二維圖像上的投影，計算出跑道在EVS圖像中的顯示范圍，然后在顯示范圍內找出EVS圖像中跑道邊界，并對跑道進行增強顯示使其在圖像上突顯，使飛行員能夠較容易的觀察到跑道，且不會產生誤解；提高飛行員發現跑道的概率，降低低能見度對飛行影響，增強飛行員態勢感知能力，提高飛行安全性。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1增強視景系統組成圖。

圖2跑道增強顯示數據處理圖。

圖3 EVS原始圖像示例圖。

圖4跑道位置范圍示例圖。

圖5 EVS圖像中跑道位置范圍示例圖。

圖6根據增強視景圖像中跑道位置范圍計算得出的跑道精確位置示例圖。

圖7原始圖與跑道增強顯示圖對比圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面結合附圖給出本發明的實施例，以詳細說明本發明的技術方案。

圖1是根據示例性實施例的增強視景系統簡化功能框圖。系統包括多個組件，其每個可以被配置用于安裝到飛機。在一些實施例中，系統可以是自給式系統以使得以下所描述的每個組件被包含在單個外殼中并且排他地專用于提供系統的功能。在其它實施例中，以下所描述的各種組件可以是獨立的組件，或者它們可以是用作其它系統的部分的組件，并且其被配置成用作此類其它系統與系統之間的共享資源。

在圖1中所圖示的實施例中，系統包括視景增強系統1(“EVS1”)、航空電子傳感器2(諸如全球定位系統(GPS)、慣性導航系統等)、數據存儲設備3、處理器4。在其它實現案例中，系統可以包括附加的組件。

所述視景增強系統能夠生成表示增強視景圖像的第一信號；所述數據存儲設備用于存儲表示跑道位置信息的數據，同時生成表示跑道位置信息的第三信號；所述航空電子傳感器能夠生成表示飛機位置、姿態和航向信息的第二信號；所述處理器利用第一、第二和第三信號并經過處理得到跑道增強顯示圖像。

EVS1包括適于安裝到飛機并配置成檢測飛機外部的光信號的一個或多個傳感器。所述傳感器可以包括可見低光電視攝像機、紅外攝像機、毫米波(MMW)攝像機或者能夠檢測處于可見光譜內或外的光的任何其它光感測設備。

EVS1能夠生成第一信號并將第一信號提供給處理器4，第一信號是根據外部光信號生成的光信息圖像(增強視景圖像)，同時包含EVS1的安裝和性能信息，包括EVS視場角度和EVS系統與飛機位置誤差(誤差為δ)，安裝和性能信息可能存儲在其它機載設備或組件中。由于EVS容易受外部天氣影響，圖像中跑道信息模糊不清，飛行員不能從圖像中發現跑道將導致飛機復飛或不能安全降落，如圖3所示。

航電傳感器2可以是機載真實的傳感器數據，也可以是其它系統經過計算和校準的飛機位置、姿態和航向信息。

處理器4可以是任何類型的計算機、計算機系統、微處理器、邏輯設備集合、或者被配置成計算、和/或執行算法、和/或運行軟件應用、和/或運行子程序、和/或加載并運行任何類型的計算機程序的任何其它模擬或數字電路。處理器4可以包括單個處理器或一致動作的多個處理器。或者處理器4可以排它地專供本系統使用，而在其它實施例中，可以將處理器4與飛機上的其他系統共享。在其它實施例中，處理器4可以被集成到系統的任何其它組件中。

在進行數據處理階段，根據攝像機成像原理計算跑道在EVS畫面中的顯示范圍，具體步驟如下：

步驟1：根據第一信號中視景增強系統視場角度，確定攝像機的顯示角度，包括水平角度Δh和垂直角度Δv；根據第二信號中飛機的位置、姿態和航向信息，確定攝像機在三維空間坐標系中的位置為(fx1,fy1,fz1)，攝像機旋轉角為r，俯仰角為p，方向為h；根據第三信號中的跑道空間位置信息

(Δx1,Δy1,Δz1),(Δx2,Δy2,Δz2),(Δx3,Δy3,Δz3),(Δx4,Δy4,Δz4)

以及第一信號中的視景增強系統安裝誤差δ，第二信號中的飛機位置誤差ε和第三信號中的跑道位置誤差σ；確定跑道在空間坐標系的位置范圍為

(Δx1+ξ,Δy1+ξ,Δz1+ξ),(Δx2+ξ,Δy2+ξ,Δz2+ξ),(Δx3+ξ,Δy3+ξ,Δz3+ξ),(Δx4+ξ,Δy4+ξ,Δz4+ξ)，其中ξ＝ε+σ+δ；

步驟2：如圖4所示，利用opengl等第三方繪制軟件設置攝像機位置、姿態和方向，在空間坐標系中依次連接

(Δx1+ξ,Δy1+ξ,Δz1+ξ),(Δx2+ξ,Δy2+ξ,Δz2+ξ),(Δx3+ξ,Δy3+ξ,Δz3+ξ),(Δx4+ξ,Δy4+ξ,Δz4+ξ)，實現在空間中繪制一個與背景色區分的四邊形，并生成與增強視景圖像顯示范圍一致的跑道位置范圍圖像；

步驟3：如圖5所示，生成的跑道位置圖像與EVS圖像顯示范圍一致，遍歷步驟2生成的跑道位置范圍圖像中各個像素，找出四邊形4個頂點位置為跑道在增強視景圖像中的位置范圍

(Δx1^/,Δy1^/),(Δx2^/,Δy2^/),(Δx3^/,Δy3^/),(Δx4^/,Δy4^/)；

該范圍可確保EVS圖像中跑道的圖像在該范圍中，接下來只需在該范圍中找出跑道線即可；

步驟4：如圖6所示，在步驟3得到的跑道在增強視景圖像中的位置范圍內，因跑道有跑道燈在范圍內亮度比其它區域的亮度大，且跑道附近無其它發光線條的干擾，所以采用圖像處理方法查找跑道邊界；并根據邊界位置對跑道進行增強繪制。

圖像處理方法包括但不限于Hough變換或者Canny邊緣檢測算法。

增強繪制包括增加強度、色彩、形狀或其組合處理，使得跑道在增強視景圖像中突顯。如圖7所示源圖與增強顯示后圖像對比。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。