空間艙內(nèi)基于全景圖的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究.pdf

1、近十年來，我國在航天領(lǐng)域逐步取得了舉世矚目的成績，空間基礎(chǔ)技術(shù)的研究和實(shí)踐已達(dá)到國際先進(jìn)水平。隨著空間技術(shù)發(fā)展及空間應(yīng)用的常態(tài)化，一些新的需求被逐步提出。我國的空間站項(xiàng)目已于2010年啟動，預(yù)計(jì)將在2020年建成規(guī)模較大、長期有人參與的國家級太空實(shí)驗(yàn)室。在這一應(yīng)用背景下，地面遙視系統(tǒng)僅通過簡單文字、聲音信息和單一角度的視頻已經(jīng)無法滿足實(shí)時(shí)觀測的要求。
　　本文以航天八院十三五項(xiàng)目規(guī)劃為依托，設(shè)計(jì)一套將空間艙內(nèi)場景直觀形象地展現(xiàn)給地

2、面測控站科研人員的演示系統(tǒng)，為該院在空間艙的設(shè)計(jì)研究方面提供更加全面的圖像數(shù)據(jù)。為完成課題任務(wù)，本文創(chuàng)新性地提出了將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、全景圖生成技術(shù)和圖像壓縮與傳輸處理技術(shù)相結(jié)合的解決方案，該方案能夠完成從空間艙內(nèi)圖像采集到圖像壓縮與傳輸處理，再到地面虛擬現(xiàn)實(shí)顯示控制的整套實(shí)現(xiàn)。
　　本文主要工作包含以下三個(gè)方面。一、基于航天八院提出的空間艙虛擬現(xiàn)實(shí)觀測需求，設(shè)計(jì)了包括相機(jī)、圖像壓縮與傳輸單元和地面虛擬合成的一整套解決方案，并與合作單

3、位協(xié)作完成了演示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。用三角支架固定數(shù)碼相機(jī)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行不同俯仰角的旋轉(zhuǎn)拍攝，以此模擬全景相機(jī)在空間艙內(nèi)的拍攝環(huán)境，驗(yàn)證了方案的可行性；二、設(shè)計(jì)并完成了方案中的空間艙內(nèi)場景圖像獲取單元，該單元采用基于DSP+FPGA的視頻壓縮與編碼解決方案。FPGA對傳感器輸入的圖像進(jìn)行濾波后進(jìn)行數(shù)據(jù)位寬轉(zhuǎn)換和跨時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換，然后在SRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，再根據(jù)RS422指令讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色插值、色度空間轉(zhuǎn)換和內(nèi)嵌同步配置，最后將圖像數(shù)據(jù)送入 DS

4、P進(jìn)行 JPEG2000壓縮編碼，圖像壓縮碼流回傳到 FPGA做打包處理后經(jīng) LVDS接口輸出。三、提出了一種基于多焦距切換的全方位漫游方法，并綜合利用SURF特征點(diǎn)檢測與匹配算法、球面投影模型和RANSAC算法生成全景圖，完成了一套基于OpenCV的虛擬現(xiàn)實(shí)控制軟件。
　　論文實(shí)現(xiàn)了空間艙內(nèi)場景基于全景圖的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，圖像壓縮與傳輸處理單元通過了各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示控制部分也完成了預(yù)期功能。本文設(shè)計(jì)不僅成功地將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)