CN109085553B - 一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，所述雷达回波背景视频绘制方法包括：获取雷达回波距离线数据，所述雷达回波距离线数据包含N个距离数据单元；根据距离数据单元与着色向量单元的数量建立距离线映射关系，根据所述距离线映射关系得到距离线数据向量；所述距离数据向量与计算机纹理模型绑定，以预设宽度和长度的线性插值模型扫描形成第一扇形插值模型；重复上述步骤，以此生成多个扇形插值模型，所述多个扇形插值模型构成雷达回波背景全景视频。本发明的基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法能大大提高硬件资源应用效率，缩短图像生成时间，很好地解决了快速扫描雷达高质量回波背景视频实时绘制问题。

Description

一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法

技术领域

本发明属于雷达视频处理技术领域，具体涉及一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法。

背景技术

早期雷达采用模拟终端来完成雷达回波背景视频的显示，而现代雷达主要显示设备大多采用数字化技术来实现雷达视频回波背景视频的显示，其中尤以雷达视频360°全景显示(Plan Position Indicator，简称P显)为主。

雷达回波背景视频全景显示是一种以雷达为中心点，通过将附带瞬时角度信息的雷达回波距离线进行信号级处理，再经过回波幅度量化、调色板着色、坐标变换投影等一系列处理，最终将雷达回波的幅度信息以及距离信息转换为显示屏幕中像素的颜色信息以及位置信息呈现给雷达操作员的显示方式。P显属于一种极坐标视频显示方式，其雷达视频呈现方式与平面地图具有对应关系，通过雷达使用坐标系的选择，可满足雷达操作员在不同战术使用中的需要。

雷达回波距离线可以看作离散向量，每条回波距离线附带角度信息。尽管雷达回波距离线生成的瞬间附带了角度的瞬时信息，相邻距离线之间仍然存在角误差，会造成雷达视频的栅栏效应。

如图1所示的雷达回波背景视频栅栏效应示意图，假定雷达距离线时间间隔为T(单位：秒)，一般时间间隔T即为雷达的脉冲周期，在雷达设计之初就已经由雷达波形确定；雷达天线扫描速度为V(单位：度/秒)，雷达背景视频显示的像素半径为R，则栅栏区域覆盖的扇形范围即为S：

由上式可见，雷达背景视频的栅栏区域与雷达天线扫描速度成正比，与雷达背景视频显示的像素半径成正比。

雷达背景视频的栅栏区域越大，雷达视频效果越差。传统方法是在相邻两条距离线之间***数条相同的距离线(以下称为填充距离线)，并通过距离线中位置信息与屏幕像素位置的一一映射来实现栅栏填充，获得较好的雷达背景视频显示效果。***的填充距离线越多，雷达背景视频显示效果。

然而，在仍采用上述假定条件的基础上，雷达背景视频栅栏区域的像素弧长L为：

如图2所示，一般认为在雷达回波背景视频的栅栏区域***L条距离线，即可获得良好的视频显示效果。雷达背景视频的栅栏区域S内(包含区域起始距离线)共需要填充的像素个数为(L+1)×R个。

例如，某雷达背景视频显示中，雷达脉冲周期T＝625微秒，扫描速度V＝360度/秒，像素半径R＝900，则可以获得一个雷达展览区域内需要填充的像素个数为2025个，即嵌入式硬件处理平台需要在625微秒时间内完成2025次基于像素的视频填充操作，在此期间硬件平台无法进行其他工作，这对于有限的嵌入式硬件平台处理资源以及带宽资源来说是一种极其浪费的应用方式。

现代雷达显示设备能提供的雷达视频显示区域较传统雷达大大提升，现代雷达伺服***虽然能够提供的扫描速度越来越快，但若以传统方式进行雷达回波背景视频的绘制则需要消耗更多的资源，嵌入式处理器无法实时满足视频绘制的需要。因此，需要一种在利用有限的硬件资源的前提下，完成高质量雷达回波背景视频的实时更新的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，通过计算机显示纹理处理技术以及GPU图像处理器的应用，实现嵌入式硬件平台高质量雷达回波背景视频的绘制与显示，同时提高硬件资源应用效率，缩短计算时间，以更好地解决快速扫描雷达高质量回波背景视频实时绘制问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，所述雷达回波背景视频绘制方法包括

获取雷达回波距离线数据，所述雷达回波距离线数据包含N个距离数据单元；

根据距离数据单元与着色向量单元的数量建立距离线映射关系，根据所述距离线映射关系得到距离线数据向量；

所述距离数据向量与计算机纹理模型绑定，以预设宽度和长度的线性插值模型扫描形成第一扇形插值模型；

重复上述步骤，以此生成多个扇形插值模型，所述多个扇形插值模型构成雷达回波背景全景视频。

其中，获取所述雷达回波距离线数据过程中采用数据缓冲方法。

其中，所述数据缓冲方法为将所述回波距离线数据传输周期由快周期变为慢周期。

其中，所述距离数据向量包括距离线信息映射和距离线调色板映射；

其中，第i个距离数据单元与着色向量单元的距离线映射关系为

式中：M为着色向量单元个数，N为距离单元个数，floor作为通用向下取整函数。

其中，所述预设宽度为1像素，预设长度为雷达扫面半径。

其中，扫描过程中的插值间隔为

其中，θ为相邻两距离线之间的角度，M为着色单元数量。

本发明的基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法采用计算机纹理处理技术、借助GPU图像处理器强大的图形处理能力，通过分级、流水处理的方式实现高质量雷达回波背景视频的绘制与显示，同时能大大提高硬件资源应用效率，缩短图像生成时间，很好地解决了快速扫描雷达高质量回波背景视频实时绘制问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为现有技术中雷达回波背景视频栅栏效应示意图；

图2为现有技术中雷达回波背景视频栅栏区域填充示意图；

图3为本发明中雷达背景视频绘制流程图；

图4为本发明中映射处理流程；

图5为本发明中向量插值映射模型示意图；

图6为本发明中纹理与插值模型；

图7为本发明中屏幕显示区域坐标***。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1所示的本发明雷达回波背景视频绘制流程图，雷达回波距离线数据经过映射处理产生雷达回波距离线着色数据向量、向量插值采用计算机纹理处理技术实现着色数据向量的与显示纹理的绑定，并按照相邻距离线角度误差进行均匀误差间隔纹理插值，最终在显示设备将雷达回波背景视频呈现给雷达操作员。

本发明的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法具体步骤包括：

第一步：快速扫描的机械雷达，由于其扫描速度快、回波距离线数据传输周期短，可采用工程上常用的数据缓冲技术，将快周期变为慢周期，以提高硬件运行效率，减轻后续映射处理模块处理压力。

第二步：对雷达回波背景距离线数据进行映射处理。雷达回波背景距离线数据按照固定周期，附带着瞬时角度信息发往映射处理模块，对映射处理模块按照雷达显示坐标***，对距离线数据按照幅值以及调色方案生成雷达回波背景距离线着色数据向量，参见图4所示。

对雷达回波背景距离线映射模型进行设计，如图5所示的映射模型，假设雷达回波距离线具有N个距离数据单元，着色数据向量具有M个着色单元，则第i个距离单元(i＝1、2、3……N-2、N-1、N)与着色向量单元存在如下位置映射关系：

floor作为通用向下取整函数，用来获得第i个距离单元对应的着色单元在数据向量中的位置，即计算纹理坐标。

例如，回波距离线中具有10,000个距离数据单元，对应于显示器上的1,000个显示点，即第1-10个距离数据单元对应于显示器上的第一个显示像素点，第11-20个距离数据单元对应于显示器上的第二个显示像素点，第21-30个距离数据单元对应于显示器上的第三个显示像素点，以此类推。通过位置映射关系公式即将上述的10,000个距离数据单元***到显示器的上予以显示。

通过上述计算可知对于每一个着色单元有N/M个距离单元与其进行对应，在N/M距离数据单元中选取回波功率高的距离单元来进行调色板映射，作为该着色单元的功率参考信息，如此可获得M个着色单元对应的功率序列Pi(i＝1、2、3……M)。假设距离数据单元可获得的最大回波功率P_MAX，对应调色板中颜色最亮的颜色等级，调色板中共有C_u种颜色(u＝1、2、3……Q)，由暗至亮顺次排列。M个着色单元的颜色可通过以下映射方式获取

i＝1、2、3……M.，以第i个距离单元中的雷达回波距离线幅度信息，与调色方案既定的颜色进行匹配，作为第j个着色数据向量单元的颜色配置。

第三步：根据第二步得到的距离线数据的幅值以及调色方案对雷达回波背景距离线进行纹理数据绑定。如图6中纹理模型所示，将显示纹理模型设置为宽度1个像素、长度与全景显示的雷达扫描半径像素长度一致。如图6中插值模型，假设两相邻插值纹理之间的插值间隔角度为Δθ，则

式中，θ为相邻距离线之间的角度间隔；

雷达背景视屏显示区域显示坐标***设置如图中7所示，显示坐标***或显示器中，屏幕左上角为(0,0)，X轴向右为正，Y轴向下为正，中心位置像素坐标为(x₀，y₀)，雷达背景视频的方位0°指向为屏幕正上方，即y轴的负方向。

假设插值起始角度为Az，由插值模型，由可获得一个插值角度序列Az_{1、2、3……M}；显示坐标系下的显示半径像素长度为R，则插值定点的一系列位置坐标为(x_i，y_i)，i＝1、2、3……M,

则插值定点的位置坐标可由下式获得

x_i＝x₀-R×sin(Az_i)

y_i＝y₀-R×cos(Az_i)

采用计算机纹理处理技术将着色数据向量绑定的显示纹理对以(x₀，y₀)为中心，以插值序列(x_i，y_i)为顶点的一系列屏幕位置进行纹理填充，获得雷达回波距离线视频。

第四步：周期完成雷达回波距离线视频绘制，采用GPU提供的显示分区交换技术将绘制完成的高质量雷达回波背景视频通过显示设备呈现给雷达操作员。

本发明的基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法采用计算机纹理处理技术、借助GPU图像处理器强大的图形处理能力，通过分级、流水处理的方式实现高质量雷达回波背景视频的绘制与显示，同时能大大提高硬件资源应用效率，缩短图像生成时间，很好地解决了快速扫描雷达高质量回波背景视频实时绘制问题。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，其特征在于，所述雷达回波背景视频绘制方法包括：

获取雷达回波距离线数据，所述雷达回波距离线数据包含N个距离数据单元；

根据距离数据单元与着色向量单元的数量建立距离线映射关系，其中，第i个距离数据单元与着色向量单元满足如下位置映射关系：

式中，N为距离数据单元数量，M为着色向量单元数量，floor为向下取整函数，用来获得第i个距离数据单元对应的着色向量单元在数据向量中的位置，即计算纹理坐标；

假设距离数据单元能够获得的最大回波功率P_MAX，对应调色板中颜色最亮的颜色等级，调色板中共有C_u种颜色，u＝1、2、3……Q，由暗至亮顺次排列，M个着色向量单元的颜色通过以下映射方式获取：

式中，M个着色向量单元对应的功率序列Pi，i＝1、2、3……M，以第i个距离数据单元中的雷达回波距离线幅度信息，与调色方案既定的颜色进行匹配，作为第j个着色向量单元的颜色配置；

将显示纹理模型设置为宽度1个像素、长度与全景显示的雷达扫描半径像素长度一致，两相邻插值纹理之间的插值间隔角度为Δθ，则

式中，θ为相邻距离线之间的角度间隔；

雷达背景视屏显示区域显示坐标***或显示器中，屏幕左上角为(0,0)，X轴向右为正，Y轴向下为正，中心位置像素坐标为(x₀，y₀)，雷达背景视频的方位0°指向为屏幕正上方，即y轴的负方向；

假设插值起始角度为Az，由插值模型获得一个插值角度序列Az_{1、2、3……M}；显示坐标系下的显示半径像素长度为R，则插值定点的一系列位置坐标为(x_i，y_i)，i＝1、2、3……M,

则插值定点的位置坐标由下式获得：

x_i＝x₀-R×sin(Az_i)

y_i＝y₀-R×cos(Az_i)

将着色向量单元绑定的显示纹理对以(x₀，y₀)为中心，以插值序列(x_i，y_i)为顶点的一系列屏幕位置进行纹理填充，获得雷达回波距离线视频；周期完成雷达回波距离线视频绘制，将绘制完成的高质量雷达回波背景视频通过显示设备呈现给雷达操作员。

2.根据权利要求1所述的基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，其特征在于，获取所述雷达回波距离线数据过程中采用数据缓冲方法。

3.根据权利要求2所述的基于纹理的快速扫描雷达回波背景视频绘制方法，其特征在于，所述数据缓冲方法为将所述回波距离线数据传输周期由快周期变为慢周期。

Images