基于图像数据库的动态场景生成系统

像 制 导 仿 真 系 统 有 了 更 为 迫 切 的 需 求，它 是 降 低 研制 成 本，缩 短 研 制 周 期，提 高 效 费 比 的 重 要 途 径。各种仿真方法的核心都是目标动态场景的生 成［l］。目前国内外采用的 方 法 主 要 有 两 类：（l）采 用计 算 机 控 制，光 机 电 一 体 的 动 态 场 景 生 成 装 置［2］；（2）建 立 空 间 三 维 模 型，通 过 一 系 列 的 坐 标 视角变换来实现［l］。前一 种 方 法 产 生 一 次 动 态 场
合 理 的 分 析 和 抽 象，选 取 感 兴 趣 的 特 征 信 息 对 图 像进行分 类［3］，以 实 现 对 数 据 库 中 图 像 的 有 效 检
得到了保证，而且后面场景合成中使用掩模（mask）时 也需要精确提取目标像素。
索。动态场景生成模块内部结构和原理将在第 4
实际拍摄的图像多以矩阵形式存储在计算机中，
32
红外与激光工程
2002 年第 3l 卷
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!引言
# 系统集成
随着图像 制 导 武 器 的 不 断 列 装 和 应 用，对 图
数据库部分建立在 Windows 2000 Server 操作平
式中 int———取整运算； （ x，y）———用户点击鼠标的位置，由 Windows 给出； （ xa，ya）———放大图像中目标像素（此时为灰 度均匀的小矩形）左上角坐标，也 就是标志小方框的左上角坐标， 由于其长宽已知故可将其画出； （ x0，y0）———所选目标原图像中对应像素点的 坐标。
图 （2 a）给出了一个坦克的图像，图 2（b）给出了程序 界面中已标出部分的目标像素，界面右边提供了可选 择每次点击所选取的目标像素数，达到加快操作的目 的（选择 4 或 9 时坐标对应方法与上面类似但需要多
Abstract：Computer editing and generating of dynamic scenes of various targets and backgrounds have been actuaIized . At first，four eIements composed the scenes are anaIyzed，i . e . ，target，background，moving pattern and speciaI events . Then they are programmed into four moduIes to fuIfiI corresponding tasks . In the target and background moduIes，the images are processed and interest parameters are caIcuIated . In the moving pattern moduIe，the pattern is specified . In the events moduIe，some typicaI events independent of target can be added . At Iast，using the synthesizing technigues，the reguired dynamic scenes are automaticaIIy generated by computer . The originaI target and background images can be easiIy got through the image DBMS .
出发点角度、灰度和大小的控制。
Fig. l Architecture bIock diagram of the dynamic scenes generating system
放大 8 倍，即每个目标像素变为 8 X 8 大小矩形）后，
用户即可准确地辨认单个目标像素，从而将目标从背
景中分割出来。具体实现如下：程序界面中用户用鼠
Dynamic scenes generation system based on image database!
CUI Sheng1，ZHANG Ying-yuan1，LIU Jin-song2
（1 . SchooI of TechnicaI Physics，Xian University of EIectronic Science and TechnoIogy，Xian 710071，China； 2 . State Key Lab . of Laser TechnoIogy，Huazhong University of Science and TechnoIogy，Wuhan 430074，China）
台上，利用 MS SOL Server 系统管理，采用 C / S 模式开 发，客户端程序采用 Powerbuiider 开发［3］。Visuai C + + 在数字图像处理和场景合成编程上功能强大，故动 态场景生成部分采用 Visuai C + + 6 . 0 开发。为了实 现系统的集成化采用了 ActiveX 控件技术。这种技术 封装了被处理对象的数据结构和对数据结构的操作， 具有模块化的特点，并可以嵌入到其它应用程序中，
种目标的动态场景，并且要求 低 成 本 的 项 目，这 两 对所选图像进行显示、处理、特征量计算和动态合成
种方法都不太适合。因此，提出 了 基 于 目 标、背 景 的操作。
图 像 数 据 库，利 用 数 字 图 像 处 理 技 术 和 场 景 合 成
技术 生 成 目 标 动 态 场 景 的 方 法，该 方 法 具 有 系 统 $ 动态场景合成模块
景需用超高速的大型或巨型计算机来实时解算模 型，然 后 用 光 机 电 设 备 实 现［2］，这 需 要 复 杂 的 技
所以动态场景合成部分（如图 l 所示）的每个子模块 都由一个控件实现。用其内部数据结构完成对有关
术，成本很 高。 后 一 种 方 法 需 要 计 算 场 景 的 灰 度 对象（如目标对象）的数据组织，用其方法完成对有关
目标运动时可能改变方向，此时场景合成系统应
自动对目标图像进行旋转，这可利用图像处理技术来
完成，关键是如何自动计算应该旋转的角度。由于和
运动过程 相 关，故 放 在 路 径 编 辑 部 分 较 为 合 适。 此
外，目标在运动过程中其灰度和大小也可能改变，同
理也放在路径编辑部分实现。本部分只实现目标在
图 l 动态场景生成系统框图
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
文章编号：1007-227（6 2002）01-0031-05
基于图像数据库的动态场景生成系统!
崔 晟1，张英远1，刘劲松2
（1 . 西安电子科技大学技术物理学院，陕西 西安 710071； 2 . 华中科技大学激光技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074） 摘要：实现各类目标和背景下动态场景的计算机编辑和生成，首先应对组成动态场景的要素进 行分析，即目标、背景、目标运动规律和特殊事件四个要素，然后通过编程由四个模块完成相应功 能。目标、背景编辑模块可对目标、背景图像进行各种处理，并对重要特征量进行计算。运动路径 模块可指定目标的运动规律，包括路线、大小和角度变化等。特殊事件模块可加入独立于目标的各 类典型事件，如运动的干扰物等。最后通过动态场景合成由计算机自动生成所需的动态场景图像。 所需的原始目标、背景图像来源于图像数据库管理系统，通过索引项可便捷地找到。 关 键 词： 图像数据库； 图像处理； 动态场景； 场景合成 中图分类号：TP391 文献标识码：A
$.! 目标编辑部分 图像跟踪系统为了准确识别和跟踪目标，需要获
取目标的各种特征信息，如平均灰度、复杂度、形心位 置等，作为仿真系统必须提供以上信息的精确值作为
像 数 据，用 户 可 得 到 不 同 背 景 下 各 种 目 标 的 动 态 参考。为此设计了目标编辑部分，以人机交互的方式
场景图像。但需要指出的 是 要 对 图 像 的 内 容 进 行 对目标图像进行分割。相对计算机自动分割，准确性
Key words： Image database； Image processing； Dynamic scenes； Scenes synthesizing
收稿日期：2001-03-16； 修订日期：2001-08-24 基金项目：国防预研基金支持项来自百度文库（97 J 2 . 4 . 3 DZ 0104） 作者简介：崔晟（1976-），男，湖北孝感市人，博士，主要从事光电成像和图像处理方面的研究工作。
特征，这依赖于准确的数学模 型，并 需 要 对 不 同 目 对象的操作（如目标特征量的计算），最后再集成到
标、背景建立不同的三维和辐 射 模 型，因 而 也 比 较 复杂，适应 性 不 强。 对 于 需 要 提 供 不 同 背 景 下 多
Powerbuiider 开发的数据库的客户端程序中。这样用 户在目标背景图像检索的同一程序界面中即可实现
背景全局或局部灰度直方图的计算等等。利用一些 噪声模型，对可能出现的背景干扰加以定量描述。 !.# 运动路径编辑部分
为了使目标运动，用户必须首先指定目标的运动 规律。 众 所 周 知，Windows 是 一 个 图 形 用 户 界 面 （GUI）操作系统，在 Windows 的画图程序中用户可用 鼠标画出任意曲线，这里采用 VC + + 编程实现了类 似功能，即由用户画出目标运动轨迹。计算机中的曲 线是由很多像素点组成，显然若将目标逐帧放在曲线 各点上（将目标的形心位置与这些点重合）即可形成 目标的动态序列图像。但当路径交叉时，可能因分不 清像素点先后顺序而出现混乱（导致目标可能向错误 的方向运动）。虽然给每个像素点标明前后顺序可解
算；目标的运动轨迹、速度（像素 / 帧）设置、目标角度、 大小的动态改变；图像对比度设置等，也支持特殊事件 （如目标阻塞，干扰弹）的控制和使用。分别由四个控
过行预处理后提交动态 场 景 生 成 模 块。此 模 块 根 件来实现这四个部分，具体构成和原理叙述如下。
据 用 户 对 场 景 的 编 辑 和 设 置，按 一 定 的 算 法 和 流 程自动生成动态场景图像，然后以视频 文 件（ AVI） 输出，也可 以 序 列 图 像（ 文 中 为 多 幅 bMP 图 像 文 件）输出。 由 于 利 用 了 图 像 数 据 库 提 供 的 丰 富 图
标点击目标像素后系统用小方框自动标出（例如，8 X
8 大小方框），指定完所有的目标像素后，系统就可自
动对目标特征量进行精确计算，也可根据用户需要对
目标特征进行各种变换，如平均灰度的改变等。为了 使放大图像中的小矩形像素与目标像素点准确对应， 采用下面的式子建立起坐标间的对应关系，所谓坐标
图 2 坦克原图和程序界面中目标像素标注图 Fig. 2 The originaI and enIarged target-pixeI IabeIed
images of a tank
指的是屏幕坐标系中的坐标。
xa = in（t x / 8）X 8 ya = in（t y / 8）X 8 x0 = xa / 8 y0 = ya / 8
（l）
!." 背景编辑部分 跟踪算法多利用背景和目标的差异来实现对目
标的跟踪。在相同的目标特征情况下，不同的背景特 征决定了跟踪系统效能的高低，故提供了背景编辑分 析部分，针对跟踪算法感兴趣的常用特征量提供分析 和计算结果，例如参考图与背景图匹配测度的计算，
成 本 低 、适 应 性 强 、操 作 简 单 的 特 点 。
动态场景合成模块包括目标、背景、运动路径编辑
" 系统结构
和事件管理四个部分，并分别支持目标类型、目标特征 量的计算、角度和大小变换；背景类型、背景特征量计
整个系统的结构和数据流图如图 l 所示。用 户 通 过 目 标、背 景 选 择 模 块 提 交 所 需 目 标 和 背 景 类型，由图像数据库管理 系 统［3］找 到 对 应 图 像，经
节中论述。
放大后单个像素即以颜色均匀的小矩形的形式出现
（即马赛克现象）。据此现象，将图像适当放大（例如，
第l期
崔晟等：基于图像数据库的动态场景生成系统
33
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
计算相邻像素点坐标）。