Войти
Географическая деформация - настройка геопривязки радара видеоданные в соответствии с географической проекцией. Это деформация изображения позволяет избежать каких-либо ограничений при его отображении вместе с видео с нескольких источников радаров или с другими географическими данными, включая сканированные карты и спутниковые изображения, которые могут быть предоставлены в конкретная проекция. Есть много областей, в которых географическое искажение имеет уникальные преимущества:
Радиолокационное видео представляет эхо электромагнитных волн, которые радиолокационная система испускала и которые впоследствии принимала в виде отражений. Эти эхо-сигналы обычно отображаются на экране компьютера со схемой цветового кодирования, отображающей силу отражения. Во время такого процесса визуализации необходимо решить две проблемы. Первая проблема возникает из-за того, что антенна радара обычно поворачивается вокруг своего местоположения и измеряет расстояние отраженного эха от своего местоположения в одном направлении. Это фактически означает, что видеоданные радара представлены в полярных координатах. В более старых системах полярно ориентированное изображение отображалось в так называемых индикаторах положения в плане (PPI). Осциллограф PPI использует радиальную развертку, вращающуюся вокруг центра презентации. Это приводит к отображению области, покрытой лучом радара, в виде карты. Экран с длительным постоянством используется для того, чтобы дисплей оставался видимым до тех пор, пока развертка не пройдет снова.
Пеленг на цель обозначается угловым положением цели по отношению к воображаемой линии, идущей вертикально от начала развертки до вершины прицела. Верхняя часть прицела - это либо истинный север (когда индикатор работает в режиме истинного пеленга), либо курс судна (когда индикатор работает в режиме относительного пеленга).
Это типичный индикатор положения в плане (PPI) Для визуализации на экране современного компьютера полярные координаты должны быть преобразованы в декартовы координаты. Этот процесс, называемый преобразованием сканирования радара, более подробно представлен в следующем разделе. Вторая проблема, которую необходимо решить, возникает из-за того, что радиолокационная система размещается в реальном мире и измеряет положение эхо-сигналов в реальном мире. Эти эхо-сигналы должны отображаться вместе с другими данными реального мира, такими как положение объектов, векторные карты и спутниковые изображения. Вся эта информация относится к искривленной поверхности земли, но отображается на плоском экране компьютера. Построение ссылки из реальных положений Земли для отображения пикселей обычно называется географической привязкой или сокращенно географической привязкой.
Частью процесса географической привязки является отображение трехмерной поверхности земли на двухмерном отображении. Этот процесс географической проекции может выполняться разными способами, но разные источники данных имеют свою собственную «естественную» проекцию. Например. Декартовы радиолокационные видеоданные от радиолокационного источника на поверхности земли имеют географическую привязку с помощью так называемой радиолокационной проекции. При использовании этой проекции радара пиксели декартового видео радара могут напрямую отображаться на экране компьютера (только линейно преобразованные в соответствии с текущим положением на экране и, например, текущим уровнем масштабирования). Проблема возникает, например, если вместе с видеоданными радара должна быть показана спутниковая карта. «Естественная» географическая проекция спутникового изображения будет спутниковой проекцией, которая зависит от орбиты спутника, положения и других параметров. Теперь либо спутниковое изображение нужно перепроецировать в радарную проекцию, либо радиолокационное видео должно использовать спутниковую проекцию. Это географическое повторное проецирование также называется географическим искажением или географическим искажением, когда каждый пиксель изображения должен быть преобразован из одной проекции в другую. В этой статье более подробно описывается геоискажение видеоизображений радара в реальном времени. Он также покажет, что географическое искажение видеоизображения радара выполняется наиболее эффективно, когда оно интегрировано с процессом преобразования сканирования радара.
В этом разделе описываются принципы процесса преобразования радара в сканирование (RSC).
Процесс преобразования радара в сканирование в целом, как это делается в OpenGL RSC . РЛС передает свои измеренные данные в полярных координатах (ρ, θ) непосредственно с вращающейся антенны. ρ определяет расстояние до цели / эха, а θ - угол цели в полярных мировых координатах. Эти данные измеряются, оцифровываются и сохраняются в памяти полярных координат или в полярном растровом изображении. Основная задача RSC - преобразовать эти данные в декартовы (x, y) координаты отображения, создав необходимые пиксели отображения. На процесс RSC влияют текущие настройки масштабирования, смещения и поворота, определяющие, какая часть «мира» должна быть видна на отображаемом изображении. Как подробно описано ниже, процесс RSC также принимает во внимание используемую в настоящее время географическую проекцию, когда видеоизображения радара имеют географическое искажение.
OpenGL RSC реализован с использованием подхода преобразования обратного сканирования, который вычисляет для каждого пикселя изображения наиболее подходящее значение амплитуды радара в полярном хранилище. Этот подход создает оптимальное изображение без каких-либо артефактов, известных из алгоритмов заполнения прямых спиц. Применяя билинейную фильтрацию между соседними пикселями в полярном хранилище во время процесса преобразования, OpenGL RSC наконец-то достигает очень высокого визуального качества отображаемого радиолокационного изображения для каждого уровня масштабирования, создавая плавные изображения радиолокационных эхо-сигналов.
В этом разделе показано, как видеоданные радара имеют географическую привязку и отображаются на экране компьютера.
На этом рисунке показаны принципы измерения с помощью радара. 
На этом рисунке показан пример проекции радара с центром проекции (COP) на широте 50,0 ° и долготе 0,0 °, что также является положением радара. РЛС датчик располагается на поверхности земли на высоте h над землей. Он измеряет прямое расстояние d до цели (а не, например, расстояние, на котором цель находится от радара, если он будет двигаться по поверхности земли). Это расстояние затем используется в плоскости отображения после настройки на текущий уровень масштабирования дисплея преобразователем радиолокационного сканирования (RSC). Теперь необходимо уточнить, как геолокационные видеоданные привязаны к местности. По сути, это означает, что если мы хотим отобразить географический объект реального мира (например, маяк), который находится в том же положении в реальном мире, что и цель радара, он также должен отображаться в том же месте в плоскости отображения. Это реализуется путем вычисления расстояния от датчика радара до соответствующего объекта реального мира и использования этого расстояния в плоскости отображения. Положение реального объекта обычно задается в географических координатах (широта, долгота и высота над земной поверхностью). Другими словами, использование проекции радара с географическими данными осуществляется путем моделирования процесса измерения радара с объектами реального мира и использования полученных значений дальности и азимута в плоскости отображения.
На втором рисунке справа показан пример проекции радара с центром проекции (COP) на широте 50,0 ° и долготе 0,0 °, которая также является положением радара. Пунктирные линии - это линии равной широты и равной долготы в верхней части фоновой карты. Сплошные линии показывают равную дальность и равный азимут относительно положения радара. Особенностью проекции радара является то, что линии равной дальности представляют собой окружности, а линии равного азимута - прямые. Это необходимо для согласования видеоизображения радара с другими данными карты при использовании проекции радара, где центром проекции должно быть положение радара.
Географическое искажение радара в проекцию CIB. В этом разделе объясняется фактический процесс преобразования или преобразования географического изображения, применяемый к радиолокационному видео в реальном времени. Предположим, мы хотим отображать видео с радара поверх спутникового изображения. В качестве примера мы используем проекцию CIB, которая используется для отображения спутниковых данных в формате CIB (Controlled Image Base).
Рисунок Geo Warping Radar to CIB Projection показывает пунктирную окружность максимальной дальности для диапазона 111 км или 60 миль с использованием проекции радара. Такой диапазон характерен для РЛС дальнего наблюдения за берегом. Как было сказано в последнем разделе, это идеальный круг также на экране компьютера. Эллипс сплошной линией показывает тот же круг дальности для проекции CIB.
Обычно ошибки, возникающие без географического искажения, являются наименьшими рядом с положением радара, если хотя бы центр проекции (COP) совпадает с положением радара, как реализовано в нашем примере. В противном случае распределение ошибок зависит как от используемой проекции, так и от параметров проекции. Таким образом, в нашем случае ошибки наиболее значительны вблизи максимальной дальности действия радара. Ошибка проекции CIB, скорректированная в направлении восток-запад на половине дальности действия радара, составляет 2,6 км и составляет 5,3 км при полной дальности действия радара 111 км. Ошибка в 5,3 км является весьма значительной по сравнению с типичным разрешением измерения радиального радара 15 м.
Повторное проецирование координат Повторное проецирование координат на рисунке объясняет, как должны быть преобразованы координаты радара, чтобы они соответствовали координатам проекции CIB. Мировые координаты радара соответствуют декартовой версии данных, измеренных датчиком радара. Используя обратную проекцию радара, эти координаты преобразуются в географические координаты, которые представляют положение данных радара на поверхности земли. Затем эти координаты проецируются CIB (или любой другой) проекцией для отображения на экране компьютера.
Проблема, которая возникает, заключается в том, что географическое искажение всех измеренных пикселей видео радара является слишком затратным вычислительным ресурсом, чтобы выполняться в реальном времени. Возможное решение - использовать таблицы поиска для всех точек на экране, но пересчет таблицы поиска после, например, операция масштабирования дисплея по-прежнему вызывает заметную задержку для визуализации видео радара.
Сетка деформации Geo Сетка деформации Figure Geo показывает решение проблемы. Круговая зона покрытия радара разделена на круговую сетку. Географически искривлены только угловые точки сетки, что значительно сокращает время вычислений. Координаты внутри плитки сетки вычисляются путем взвешенной билинейной интерполяции угловых точек сетки. Поскольку географические проекции обычно являются нелинейными функциями, это вносит определенную ошибку в положение отображения видео радара. Сохранение этой ошибки значительно ниже разрешающей способности измерения радара гарантирует, что это не ограничение для качества отображения видео радара. Размер ячейки сетки должен быть вычислен один раз для местоположения радара и данной проекции. Таким образом, сетка обычно вычисляется один раз для статического радара и только чаще для движущихся радаров, например, на кораблях.
Конвертер радиолокационного сканирования OpenGL выполняет вычисления преобразования сканирования на блоке обработки графики для достижения высокой производительности и визуального качества. Упомянутая выше билинейная интерполяция координат выполняется в специализированном оборудовании на GPU и, следовательно, не вызывает накладных расходов для преобразователя развертки.
Этот пример демонстрирует, как географическая деформация помогает последовательно отображать несколько видео радаров.
Пример радиолокационной цели, показанной с эффектами географического искажения и без них. На этом рисунке показаны визуальные эффекты с правой стороны без географического искажения: цели, видимые двумя радарами, не могут быть правильно отображены, и неясно, где цель действительно установлена. Красные и желтые эхо-сигналы от цели видны радарами, находящимися на расстоянии около 50 км. Радары также находятся на расстоянии около 50 км друг от друга. Полупрозрачный розовый цвет отображает историю трека.
В этом сценарии используется даже проекция радара, но, конечно, центр проекции радара (COP) может находиться только в положении одного из радаров. Еще большие несоответствия могут возникнуть, если используется проекция, отличная от проекции радара. Географически искаженный вид с левой стороны показывает постоянно отображаемые эхосигналы радара, где оба эхосигнала радара точно соответствуют положению реальной цели.
