相控阵三维声纳数据离线可视化处理系统

设计并实现一种相控阵三维声纳图像的离线数据处理系统,并进行可视化建模.系统中精确配准采用最近点迭代配准,结合外围点消除法,通过拟牛顿进行最优化.拼接融合及多帧再重建采用多缀分辨率,同时支持低精度的快速显示和高精度的精细显示.测试结果证明,该系统能较好地实现相控阵三维摄像声纳图像的处理及可视化.     

手持式三维声纳实时成像系统设计

针对传统三维声纳成像系统集成度低、实时性差的问题,提出一种手持式三维声纳实时成像系统设计方案。利用DM8127实现声纳图像的处理,通过坐标转换数组预生成、自适应阈值的网格构建等方法实现实时高精度的三维建模,同时采用多线程并行处理架构改善网格构建时的系统处理性能,降低处理时延,并利用Open GL ES2.0实现三维声纳图像的渲染和显示。实验结果证明,该系统能清晰显示水下探测目标,且实时成像速率高达25帧/s,满足系统实时性要求。     

飞行仿真系统数据可视化设计与实现

研究飞行仿真系统结果数据可视化,为验证分析飞行仿真系统结果的正确性,需要对仿真系统输出的飞行性能数据进行实时在线观测并与标准数据进行对比分析。针对飞行仿真系统对飞机飞行数据实时观测的需求,设计了一种可实时观测的飞行仿真数据可视化方案。在建立仿真系统模型的基础上,为了提高系统的可靠性和优化数据结构,提出了新的数据结构和曲线生成算法绘制实时曲线,实现了数据的可视化观测,避免了实时绘制过程屏幕的闪烁和曲线出现的锯齿。并结合飞行仿真特点,利用MapX组件技术加载了具有导航台的全国地图,对传统的电子地图显示进行了改进,实现了飞机在地图上的实时航迹观测。仿真结果表明,系统能够实时观测仿真结果并分析系统误差,实现飞行仿真数据的可视化,并可验证飞行仿真系统的正确性。     

被动声纳组网系统模型的构建及可视化仿真

为解决在海洋中大范围侦察和监视目标的问题,对声纳组网进行建模和仿真:给出了被动声纳基阵布阵的两种方法;应用单个被动声纳测向,两个或两个以上的被动声纳阵求解目标运动参数;考虑到声传播损失受海况的影响,对传播损失采用通用计算公式;对被动声纳接收到的信号进行谱分析,利用数据库对目标进行识别,达到实时大范围侦察和监视的目的.依次进行建模,利用Visual C 编制仿真程序,使仿真数据可视化.结果表明上述方法在被动声纳组网仿真中是可行的和有效的.     

相控阵三维声纳数据并行处理方法

为满足相控阵三维声纳系统对可视化处理的数据实时性和完整性要求,提出一种三维声纳系统高吞吐量数据的并行处理方法。通过对声纳数据的粗粒度划分,将处理过程进行任务划分并映射到多线程,实现主控板数据处理过程的流水线作业。实验结果表明,在高吞吐量情况下,该方法能将单横截面数据从获取到网络发传完成之间的时延控制在50 ms以下。     

基于VR的大数据可视化教学系统设计与实现

提出一种基于VR的大数据可视化教学系统的实现方法。给出了大数据可视化教学系统设计原则,基于并行实时渲染的大规模无缝拼接显示技术、数据可视化的多体感交互技术、大屏的视频点播技术、面向大数据可视化的全景拼接与显示等,提出了大数据可视化教学系统架构;给出了大数据分析过程的认知模型、高维数据的分析及呈现方法,以及基于可视化的数据理解与可用性分析评估。利用Unity3D技术,通过C#等开发了大数据可视化虚拟课堂。实践证明,该系统可有效提高学生的学习兴趣及效率,增强学生对于大数据本质的洞察和理解。     

基于GPU的地下管线三维可视化建模研究

地下管线的三维建模与可视化是构建“数字城市”的重要内容,总结现有地下管线实时建模算法的不足,提出一种利用GPU编程实现的地下管线实时三维可视化建模算法。利用现代GPU的可编程特性将管线建模的计算任务全部移植到GPU端完成,CPU端只需传入管径和管线节点坐标,利用GPU提供的几何着色器完成管线模型的顶点坐标计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网构建等工作,并通过光照和纹理映射实现管线材质的真实感效果。实验结果表明,该算法克服了现有建模算法的缺陷,能够在保证管线拟合逼真度的基础上完成大规模管网系统三维实时可视化建模的任务。     

3DGIS中空间数据可视化的研究与应用

空间数据可视化是当前3DGIS领域的研究热点之一。提出了一种面向对象的空间数据可视化模型,基于金字塔模型来组织和调度DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像）等栅格数据,并引入矢量数据参数化3D建模思想,实现了矢量地物数据的三维建模与可视化。在此基础上,借助虚拟现实技术,基于OpenGL实现了一个3DGIS原型系统,具备空间数据的真实感可视化表达、3D场景实时漫游、交互查询等功能。最后给出了基于该原型系统为军事与民用领域开发的应用实例。     

一种环境质量数据可视化与可视分析系统

随着全球环境气候的日益严峻,迫切需要通过环境信息化手段来为政府相关部门在保护环境、规划社会发展等方面提供决策支持,环境质量数据可视化与可视分析技术在环境信息化过程中起着举足轻重的作用。本文主要从可视化和可视分析的角度介绍所设计和实现的系统的体系结构和功能,并对系统的关键技术进行重点讨论。实例结果表明,该系统在多源环境质量数据的可视化建模、组织方式和数据的二三维可视化展现以及数据的动态调度、三维场景的实时渲染等方面都有独特的解决方案,系统可以全方位地展现环境质量数据中的信息,实现对综合多源环境质量数据进行分析。     

数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

水下便携式三维声纳实时成像系统设计

针对传统三维声纳装置体积庞大、设备沉重,在水下难以灵活作业的问题,设计了水下便携式三维声纳实时成像系统。通过现场可编程门阵列（ FPGA）控制多路信号同步采样,优化波束形成算法大幅提高声纳信号处理速度,同时采用基于低功耗的数字媒体处理器以并行处理方式实时完成三维建模和图像显示。实验结果表明：系统续航时间可达4 h,水下零重量,可在40 m范围内实现角度分辨率1.2°的三维成像,图像刷新率可达25帧/s。     

低空多物理场图像声呐远程监控应用设计

为解决当前系统存在的监控实时性差、抗干扰能力弱、监控精度低等问题,提出低空多物理场图像声呐远程监控应用设计。分析声呐远程监控原理和图像质量检测原理,对系统硬件部分的图像数据处理服务器、图像数据处理工作站和图像数据传输电路进行改进,优化开发系统软件的图像数据模拟发送、实时显示、接收和发送功能,完成低空多物理场图像声呐远程监控系统的设计。实验结果表明,该系统的监控实时性好,抗干扰能力强,监控精度高,满足远程监控的功能需求。     

拖曳线列阵声呐数据录取系统的设计与实现

为了满足拖曳线列阵声呐系统数据传输实时性高、数据量大的要求, 设计了一种基于PCI总线的数据录取系统。硬件方面, 系统采用PCI9054高效率DMA传输技术与外扩大容量FIFO相结合的方案, 实现了高速、连续的声呐数据传输; 软件方面, 系统结合基于双层乒乓结构的内存映射文件和多线程技术实现了数据的实时存储、处理及显示。模拟及现场实验结果表明, 该录取系统能稳定、可靠地实现声呐数据的实时存储、波形回显等功能, 能满足大规模声呐系统数据录取的要求。     

水下三维场景实时成像系统

针对目前水下三维声纳实时成像系统前端信号通道多、波束形成计算量大的问题,提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的水下三维场景实时成像系统。采用FPGA阵列控制多路信号同步采样,优化波束形成算法对海量数据进行并行处理,同时利用嵌入式处理器PowerPC控制系统,最终由主控PC完成三维图像实时显示。实验结果表明,该系统能够在水下200m的范围内实现分辨率为2cm的三维成像,三维图像刷新率可达20帧／秒。     

基于FPGA多波束成像的声纳系统设计

给出了一种基于FPGA的多波束成像声纳整机的硬件电路设计方案,介绍了该方案中各分系统的具体电路实现,以Xilinx公司的FPGA芯片作为核心器件,根据干端PC下发的控制指令实现对180个基元的发射接收电路的控制,完成数字波束形成,并将波束数据通过千兆网上传至干端PC进行显示。系统电路设计简洁,具有较强的灵活性和扩展性。文中介绍了系统的硬件架构,论证了多波束成像声纳系统接收前端和数字信号处理模块的硬件设计方案。实际测试结果表明,系统能够清晰地对水底地形特征进行实时成像,具有15帧/s的刷新率。     

Drift-Free Real-Time Sequential Mosaicing

We present a sequential mosaicing algorithm for a calibrated rotating camera which can for the first time build drift-free, consistent spherical mosaics in real-time, automatically and seamlessly even when previously viewed parts of the scene are re-visited. Our mosaic is composed of elastic triangular tiles attached to a backbone map of feature directions over the unit sphere built using a sequential EKF SLAM (Extend Kalman Filter Simultaneous Localization And Mapping) approach. This method represents a significant advance on previous mosaicing techniques which either require off-line optimization or which work in real-time but use local alignment of nearby images and ultimately drift. We demonstrate the system’s real-time performance with real-time mosaicing results from sequences with 360 degrees pan. The system shows good global mosaicing ability despite the challenging conditions: hand-held simple low-resolution webcam, varying natural outdoor illumination, and people moving in the scene.     

基于WiFi的分布式监视场景拼接系统

随着数字化信息技术的不断发展,监视系统已经成为各行业领域中的重要应用.随着WiFi等无线技术的发展,实现了视频数据的无线传输,因其特有的便捷性将传统的有线监视系统取而代之.图像拼接是目前图像处理的一项热门技术,将两幅或者多幅具有重叠区域的图像拼接成一幅无缝隙高分辨率的图像.本论文结合WiFi无线技术和图像拼接技术的优势,提出了基于WiFi的分布式监视场景拼接系统,多个客户端采集的图像通过WiFi无线网络传输到服务器,服务器对传输过来的图像采用SIFT算法和RANSAC算法完成拼接,最终实现了宽场景监视.实验结果表明该系统可以有效地实现监视场景拼接.     

声纳湿端数据远传DWDM光电交换模块设计

声纳的应用极其广泛,海洋渔业以及军事应用使得声纳技术得到了大力发展;声纳湿端数据传输的可靠性、实时性是声纳系统性能得到保障的前提;设计一用于声纳湿端数据远传的DWDM光电交换模块;在该模块中,使用以太网交换芯片和两个DWDM光模块对数据进行多路转发并实现光通路的冗余备份,提升了系统可靠性的同时使网络拓扑更为灵活;由于DWDM光模块可将电信号转换为波长可选定的光信号,故通过若干该模块协同使用,可实现多路光信号复用即同时传输多条声纳水下阵缆的数据;经实际开发与测试,该模块以太网业务性能指标符合设计需求,且该模块已在某声纳工程项目中得到了应用,并可为其他领域数据远传工程应用提供设计参考。     

基于多波束前视声纳的AUV实时避障方法研究

在未知海洋环境下的远程航海过程中,基于前视声纳的避障能力是AUV（自治式水下机器人）的一个基本要求．提出了一种基于多波束前视声纳的实时避障专家系统．介绍了声纳特性以及障碍物描述方法,给出了避障专家系统的结构,说明了避障专家系统的决策过程．结合当前任务执行信息设计了专家系统知识库,针对声纳图像设计并实现了一种可以给出避障和重规划指令的推理机．最后,通过湖试对AUV避障专家系统进行了验证．