三維雷達裝置以及用於顯示三維雷達圖像的方法
2023-11-06 15:59:57 2
專利名稱：三維雷達裝置以及用於顯示三維雷達圖像的方法
技術領域：
本發明涉及一種三維雷達裝置，例如，它被安裝在一艘船舶之上，並且最好是(被用來)檢測一個目標。本發明也涉及一種用於顯示三維雷達圖像的方法。特別是，本發明涉及一種三維雷達裝置以及一種用於顯示一幀三維雷達圖像的方法，在其中，如同通過一部常規雷達裝置那樣，被轉換為二維直角坐標(X，Y)的圖像數據，被轉換為在其亮度數值基礎上增加了高度方向(Z軸)的圖像數據(X，Y，Z)，以便進行三維圖形處理，並且三維圖像處理跟二維圖像顯示操作一起進行，使得在一個顯示裝置上產生容易被一個操作員用視覺方法識別的顯示。
到目前為止，已經在一艘船舶上安裝了一部雷達裝置。當該船舶被導航時，該船舶通過使用雷達裝置，沿著導航路線一邊觀察目標位置，一邊航行。因此，該船舶被安全地導航。正如在業界中人所共知的那樣，這樣一部雷達裝置按照如下所述的步驟運行。那就是，從一組旋轉著的天線發射的無線電波被一個目標反射回來。反射的無線電波被接收，並在一個顯示單元上顯示出以其本身的位置為中心而描繪的一幀同心圓圖像。
在這樣一個系統中，例如，在光柵掃描類型的顯示單元的一個螢光屏上，反射無線電波的強度被顯示為該目標所在的一個點處的亮度差。
當使用這樣一部雷達裝置時，在其導航和停泊過程中，有可能觀察到一艘接近一艘主體船舶的航行中的客體船舶。還有，有可能在來自一個固定的反射目標的反射無線電波的基礎上，去監測主體船舶是否例如由於潮汐偏離了一個停泊位置。
一般來說，當為該船舶雷達裝置而裝備的一個顯示單元被運行時，在螢光屏上的目標點以一種二維設計方式被顯示，如同在一幅平面圖上那樣，在該圖中，例如，並沒有在目標高度的基礎上顯示該圖像。依賴於在來自目標的反射無線電波的強度的基礎上顯示於螢光屏上的每一個目標像素的亮度來對目標的高度和大小作出判斷。
因此，對顯示於雷達螢光屏上的目標大小的判斷因雷達裝置的操作員的不同而不同，這就帶來了一種不方便。若針對目標的大小和高度而採用基於來自目標的反射無線電波的強度的任何數字的表達式來避免上述的不方便，則如同在一般圖像數據中的情形那樣，需要處理大量的數據。其結果是，當雷達操作員對所顯示的數字信息作出判斷時，由於雷達操作員難以用視覺方法簡便地一眼就識別出目標的大小和高度，這又帶來了另一種不方便。
為了解決上述問題，本申請已經提出了一種可能在一個顯示單元的螢光屏上以三維方式顯示一個目標的雷達裝置，使得，例如，即使一個不太習慣於雷達觀測的使用者，也能有效地發現目標(見日本專利公報第8-30732號)。
在本專利文件中所公開的用三維方式設計的顯示雷達包括一個雷達發射/接收單元，用於導出分別地來自一個目標的方向信息、距離信息以及接收強度信息；一個顯示裝置；一個以三維方式設計的坐標變換器，它根據透視投影的描繪方法，將方向信息以及距離信息變換為XY坐標數值，並將接收強度信息變換為一個信號，該信號用一根直線的長度來指示目標高度；一個標記產生裝置，當在顯示裝置的一個螢光屏上進行三維顯示時，用以發出一個格子形或同心圓形距離標記信號；以及一個存儲裝置，它備有對應於顯示裝置的每一個圖像元素的一個存儲地址，當進行以三維方式設計的顯示時，它將接收強度信息存儲到對應於從以三維方式設計的坐標變換器中所獲得的XY坐標的存儲地址中去，同時存儲該標記信號，使得它們被成功地讀出，以便將一組圖像信號送往顯示裝置。
在所公開的用三維方式設計的顯示雷達中，基於透視投影的描繪方法，將從雷達發射機/接收機那裡獲得的方向信息和距離信息變換為XY坐標數值，並將接收強度信息變換為一個信號，該信號用一根直線的長度來指示目標高度，以便在顯示裝置上進行顯示。
因此，在上述專利文件中所公開的用三維方式設計的顯示雷達不是運行於這樣的方式，使得通過使用雷達裝置來觀測的目標以一種真實的形狀來顯示，即，作為在三維圖形(計算機圖形)中的一幀真實的圖像來顯示。
本發明已經考慮到前面的各種問題，本發明的一個目標就是提供一種三維雷達裝置以及一種用於顯示三維雷達圖像的方法，其中，由該雷達裝置所觀測的一個目標可以簡便地被一個操作員用視覺方法加以識別，如同一種三維的真實形狀那樣。
通過下面的結合諸附圖的敘述，將使本發明的上述和其他目標、特徵和優點變得更加明顯，在附圖中，藉助於圖解的實例來展示本發明的一個優選實施例。
圖1表示一份電路方框圖，說明根據本發明的三維雷達裝置的一個實施例的設計安排；圖2以圖解方式說明一個掃描變換器的工作情況；圖3表示一份流程圖，說明一種用於準備三維圖像數據的一般處理過程；圖4以圖解方式說明一種用於顯示一個目標的一幀三維圖像的方法；圖5以圖解方式說明在幾何變換處理中所實行的陰影處理；圖6以圖解方式說明在幾何變換處理中所實行的陰影處理；圖7說明在描繪處理中的多邊形填充處理；圖8說明一幀二維雷達圖像的一種格子形設計安排；圖9表示一份平面圖，用以說明從二維雷達圖像數據中準備的多邊形數據；圖10表示一份透視圖，用以說明從二維雷達圖像數據中準備的多邊形數據；圖11以圖解方式說明用於將一幀三維雷達圖像跟一幀三維地像重疊在一起的幀緩衝存儲器的一種設計安排；圖12概念性地說明將一幀二維雷達圖像、一幀三維雷達圖像，以及一幀三維地像組合在一起，以便同時顯示它們的處理過程；圖13說明一個顯示實例，在此實例中，一幀二維雷達圖像、一幀三維雷達圖像，以及一幀三維地像被同時顯示。
下一步，藉助於諸優選實施例對根據本發明的三維雷達裝置進行解釋，下面參照諸附圖詳細地加以描述。
圖1表示根據本發明的一個實施例的三維雷達裝置10的一種設計安排。
三維雷達裝置10基本上包括一個雷達發射/接收單元14，它具有一種實質上等效於通常的二維雷達發射/接收單元的功能，一個顯示單元15，用於顯示由雷達發射/接收單元14獲得的雷達圖像數據，一個三維多邊形產生單元16，以及一個三維圖形單元18，用於將由雷達發射/接收單元14獲得的二維圖像數據轉換為三維圖像數據。
雷達發射/接收單元14包括一組天線12，用於發射/接收跟一個目標有關的無線電波，一個發射機/接收機20，用於獲得一個距離信號Sr，一個方向信號Sθ，以及藉助於天線12從目標處獲得的一組反射無線電波的強度信號Sb，以及一個掃描變換器22，用於在距離信號Sr以及方向信號Sθ的基礎上將目標的位置轉換為二維直角坐標(X，Y)，以及將目標的高度轉換為對應於強度信號Sb的亮度信息，以便轉換為待顯示的各自的圖像元素數據，即，二維雷達圖像數據。
顯示單元15包括一個幀存儲器24，後者又包括用於積累圖像數據的諸幀存儲器24a，24b，以及一個基於光柵掃描的顯示裝置26。一個輸入裝置27，例如一個鍵盤，它被連接到顯示單元15，它被用於例如選擇顯示輸出格式。
三維多邊形產生單元16包括一個多邊形處理部件30，用於對由掃描變換器22所轉換的二維雷達圖像數據中的各自的圖像元素數據(X，Y，Bxy)進行多邊形產生處理，以及一個多邊形緩衝存儲器34，用於保存由多邊形處理部件30所處理的多邊形數據。
三維圖形單元18包括一個幾何變換處理部件40，用於向多邊形數據施加幾何變換，例如坐標變換，一個描繪處理部件42，用於進行圖形處理，例如隱藏表面的處理，以及一個幀緩衝存儲器44，用於保存三維雷達圖像數據。
一個常規的計算機圖形系統包括一個微處理器以及一種人所共知的圖像處理軟體，該軟體可以被應用於三維多邊形產生單元16以及三維圖形單元18。
一個地圖資料庫28被連接到三維多邊形產生單元16。一個參數輸入單元38以及一個基於使用全球定位系統(GPS定位系統)衛星的定位系統(GPS定位系統)45被連接到三維圖形部件18。
下一步，將對按照上述方式建造的三維雷達裝置10的功能進行說明。
發射機/接收機20是一種眾所周知的雷達發射機/接收機，正如作為上述常規技術已在日本專利公報第8-30732號中所公開的那樣，每一個都包括一個未示出的電動機，用於使天線12旋轉，一個編碼器被耦合到電動機的一根旋轉軸上，一個發射觸發脈衝產生器，一部通過天線12以預定頻率發送一組發射信號的發射機，一部被連接到天線12的接收機，用於接收從目標反射的無線電波，一個A/D轉換器，用於將接收機的輸出信號數位化，以及一個距離測量定時器，它被連接到發射觸發脈衝產生器。
天線12在電動機的驅動下在水平平面上產生旋轉。從編碼器輸出方向信號Sθ，它表示跟例如一艘船舶的船首的一個動目標有關的天線12的方向信息(θ)，並且它被輸入到掃描變換器22。
從發射觸發脈衝產生器輸出的一個發射觸發脈衝被輸入到發射機。發射觸發脈衝允許由如磁控管的振蕩器產生的發射脈衝經由天線12從該發射機輻射出去。
從天線12輻射出去的發射脈衝信號被未示出的目標反射回來。接收機經由天線12接收從目標反射回來的無線電波。表示從接收機輸出的接收信號的幅度數值的強度信號Sb，即，反射無線電波的接收強度信息，被A/D轉換器轉換為一組數位訊號，它被輸入到掃描變換器22。
發射觸發脈衝產生器的發射觸發脈衝輸出也被輸送到距離測量定時器。距離測量定時器測出從輸送觸發脈衝信號的時間點到接收機接收到反射的無線電波之間所經歷的時間。所經歷時間與所發射的無線電波的傳輸速度的乘積的一半，即，關於目標距離的信息被轉換為一組數位訊號，它被用來作為待輸入到掃描變換器22的一個距離信號Sr。由距離測量定時器實施的測量距離的操作，通過檢測所經過的時間得以完成，這個時間表示通過使用，例如，一個開關，事先設定的最大測量距離。
現在來說明強度信號Sb。普通船用雷達的天線12的方向性被設置成這樣，使得在許多情況下，水平方向上波束的寬度約為2°，垂直方向上的波束寬度約為25°。因此，提供了一個帶狀的波束。該波束的截面在水平方向上是窄的，而在垂直方向上則是寬的。
相應地，當位於一個短距離處的目標被發現時，跟來自一個具有一個寬的水平寬度以及一個低的高度的目標的反射無線電波相比，從一個具有一個寬的水平寬度以及一個高的高度的目標所反射的無線電波由於其巨大的反射面積而具有發射無線電波的一個較大的強度。因此，在顯示操作中，當接收信號的強度被用來作為亮度信息時，關於目標高度的信息可以被表示為在顯示裝置26上的二維圖像顯示的亮度差。
如上所述，通過發射機/接收機20獲得的方向信號Sθ，強度信號Sb，以及距離信號Sr被送往掃描變換器22。掃描變換器22是人所共知的用於二維雷達裝置的那一種，方向信號Sθ以及距離信號Sr均被輸入其中。用極坐標系統表示的目標位置(R，θ)被變換為在基於光柵掃描系統的顯示裝置26中的對應於二維直角坐標(X，Y)的信號。
現在參照圖2來說明這個操作。圖2中的參考符號S表示採用光柵掃描系統的掃描變換器22的顯示螢光屏。參考符號C表示一個半徑為Rmax的圓，它代表該雷達的距離測量範圍。線段BB』表示通過顯示螢光屏S的中心O的X軸，線段AA』表示通過顯示螢光屏S的中心O的Y軸，並且中心O表示主體船舶的位置。
當天線12從主體船舶位置以相對於船首方向(沿著線段AA』的方向A)轉了一個角度θ的方向輻射無線電波時，無線電波沿著半徑Rmax行進。掃描變換器22對沿著線段ORmax排列的每一個圖像元素的X坐標值和Y坐標值進行計算。例如，目標(R，θ)的圖像元素的X坐標和Y坐標分別地被表示為Rsinθ和Rcosθ。在這個處理過程中，為了表示相關圖像元素的高度，根據每一個相關的圖像元素的強度信號Sb的大小來計算對應的亮度信息Bxy。
代表顯示螢光屏上圖像元素的X坐標和Y坐標的數值的數據，以及如上所述由掃描變換器22計算的亮度信息Bxy數據，作為二維圖像數據被送往顯示單元15，並且它們被存儲在幀存儲器24裡面，例如，在幀存儲器24a裡面。顯示單元15從幀存儲器24中讀出圖像數據，以便在顯示裝置26的螢光屏上加以顯示。
在這個實施例中，顯示單元15的幀存儲器24具有幀存儲器24a(簡單地稱為「區域」，將在後面加以描述)，它被用來作為針對二維圖像數據的一個存儲區域，並且幀存儲器24b(簡單地稱為「區域」，將在後面加以描述)，它被用來作為針對用下述方法獲得的三維圖像顯示的一個存儲區域。顯示單元15基於，例如，由輸入裝置27產生的顯示格式的指定，可以進行如下的操作。那就是，有可能去讀出從存儲在幀存儲器24a中的圖像以及存儲在幀存儲器24b中的圖像二者中選出的一個，或者兩者都讀出。可以選擇性地從顯示裝置26的全屏幕中描繪諸圖像中的一個。另一種處理方法是，當在顯示裝置26的螢光屏上進行劃分時，兩種圖像都可以同時地被描繪(以一種事先安排的方式被描繪)。
另一方面，由掃描變換器22所計算的二維雷達圖像數據被輸入到三維多邊形產生單元16，以便在三維多邊形產生單元16中進行多邊形產生處理過程。在三維圖形單元18中，基於經過多邊形處理後的圖像數據去準備三維雷達圖像數據。
現在，基於圖3所示的一份流程圖來說明用於顯示三維圖像的一般的多邊形產生處理過程以及三維圖形處理過程。
當為處於圖像空間中的每一個圖像元素進行投影變換時，為了準備一幀圖像需要進行大量的計算處理。因此，在通常情況下，待顯示的數據被當作幾何模型或多邊形數據來進行處理，使得該數據被三維多邊形產生單元16所保持以便進行處理(步驟S1)。在幾何模型的情況下，考慮到處理速度，將數據分解為待保存的細小的多邊形是有利的。通常，諸多邊形是三邊的或四邊的原型，並且數據作為其中的一個集合而被保存。
為了顯示三維圖像，如圖4所示，採用了下列的基本技術。那就是，諸目標4a，4b被投影到靠近在一個隨意位置上設置的一個視點4d的一個二維表面(被稱為「圖像空間」)4e之上，從實際的諸目標4a，4b被安排在其中的該空間(被稱為「目標空間」)4c中獲得一幀二維圖像，它被描繪在顯示器表面上。
用於進行投影處理的步驟就是幾何變換處理(步驟S2)。一般來說，在幾何變換處理(步驟S2)中，每當諸如視點位置那樣的參數發生改變時，都需要重新進行投影計算。計算處理時間隨諸目標的數目以及為近似該目標所需的多邊形的數目的不同而不同。視點位置的運動等效於目標的運動。因此，在實際處理中，進行基於由表達式(1)所表示的矩陣的坐標變換的計算處理，包括。例如，目標(或多邊形)坐標的旋轉、平移以及放大。x,y,z,1abcdefghijklmopq=X,Y,Z,1---(1)]]>
在表達式(1)中，[x，y，z]表示待變換的諸坐標，」a」到「g」表示變換矩陣的諸元素，並且[X，Y，Z]表示變換後的諸坐標。
如上所述，當為處於圖像空間4e中的每一個圖像元素進行投影變換時，為了準備一幀圖像需要進行大量的計算處理。因此，一般來說，通過僅對多邊形的頂點坐標進行投影變換，可以減少計算處理的工作量。
在幾何變換處理(步驟S2)中，正如圖5和6所示的下一個處理步驟那樣，在投影變換之後，三角形54的各頂點54a到54c的諸坐標和亮度數值(或彩色數值)被用來計算根據相對於給定的光源52的傾角在視點位置56處的各自的頂點54a到54c的亮度數值。
已知的計算方法包括多種方法，其中包括從簡單的「平面成影」到複雜的「馮氏成影」。根據被稱為「馮氏成影」的計算方法，在圖5所示的每一個頂點54a到54c的亮度lo被表示為lo＝la+likd(N·Li)+likd(V·Ri)。在這個表達式中，la表示環境光，likd(N·Li)表示漫射的反射光，並且likd(V·Ri)表示鏡面反射光。還有，N表示法線，Li表示光線，Ri表示反射光線，(A·B)表示內積，並且V表示視線。
基於從上述步驟得到的頂點坐標和亮度數值，下面，如處理步驟S3所示那樣，進行描繪處理。那就是，如圖7所示，在根據有關的像素跟各自的頂點之間的距離進行內插計算時，在多邊形裡面的各自的諸像素(圖像元素)，根據在幾何變換處理(步驟S2)中所獲得的各自的頂點54a到54c的諸坐標(X0，Y0，Z0)，(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)以及諸亮度數值I0，I1，I2被混合。這樣就準備好了每一個圖像元素的圖像數據。在步驟S4中，所獲得的數據在幀緩衝存儲器44中被積累。
在這個處理過程中，每一個圖像元素的圖像數據都具有深度信息。因此，提供了一個通常被稱為「Z緩衝存儲器」的緩衝存儲器，用以積累深度信息。當跟先前寫入的圖像數據的深度信息進行比較時，這個處理過程被執行。在靠近視點的情況下，該數據被寫入幀緩衝存儲器44，同時深度信息被寫入Z緩衝存儲器。在其他情況下，沒有數據被寫入。當然，離開可表達的視點的最遠距離作為初始值被寫入Z緩衝存儲器。
如上所述，在幀緩衝存儲器44中積累的圖像數據在一種掃描方式中被連續地讀出，並且作為三維圖像被顯示在例如陰極射線管(CRT)那樣的顯示裝置上。已知的描繪系統還包括被稱為「射線跟蹤」的描繪方法，在此方法中某個圖像元素被用來作為中心，然後逐個地連續地進行圖像元素的投影，同時進行描繪，這不同於基於使用上述的Z緩衝存儲器的系統。
前面的敘述涉及在顯示三維圖像時將要使用的一般多邊形產生處理技術以及三維圖形處理技術。
如上所述，待顯示的三維圖像模型可以在多邊形分割已經實施並且其中的亮度數值已經獲得的條件下被構成。因此，本發明被這樣構成，使得在由雷達發射機/接收機單元14所獲得的二維圖像數據(各自的圖像元素的諸坐標X，Y以及亮度信息Bxy)的基礎上，通過使用多邊形產生單元16來進行多邊形的產生。
這就是說，由雷達發射機/接收機單元14所獲得的二維雷達圖像數據(各自的圖像元素的諸坐標X，Y以及亮度信息Bxy)就是如圖8所示的排列在二維格子上的每一個圖像元素7ij的數據並帶有各自的亮度數值Bxy。在本發明中，由諸圖像元素7ij的3個圖像元素(例如，圖像元素700，701，711或圖像元素700，710，711)所包圍的區域被定義為多邊形。基於這樣的假設，當在每一個格子(圖像元素)上的亮度數值Bxy被當作高度時，就完成了一個基於多邊形的三維圖像模型，如圖9和10所示。圖9描述一種狀態，其中諸多邊形從一個正好部署在其上的位置進行觀察。圖10描述一種狀態，其中諸多邊形從一個稍為傾斜的位置進行觀察。
在本發明的實施例中，被排列在二維格子之上的四邊形配置中的諸圖像元素，簡單地經過多邊形分割處理後變為諸三角形。當然，也可以通過使用四邊形來進行多邊形的產生。在這種情況下，被部署在下遊的級上的三維圖形單元的描繪處理部件42被允許具有一種處理諸四邊形的功能(例如，一種填充該多邊形的功能)。目前，在各種圖形IC以及圖形卡中，作為主流方式被採用的描繪系統被設計為處理三角形。當然，當多邊形的數目很多時，用於處理對應於1屏(1幀)的圖像數據所需的時間是很長的。因此，在使用較多的多邊形進行處理時，縮減諸圖像元素也是可能的。
在如上所述的三維多邊形產生單元16中被處理的多邊形(圖像)數據，經由多邊形緩衝存儲器34被送往三維圖形單元。在幾何變換處理部件40以及描繪處理部件42中，按照如上所述的一般三維圖像數據處理的方式進行數據處理。三維雷達圖像數據在幀緩衝存儲器44中被積累。
從參數輸入單元38輸入的諸參數是為進行三維計算機圖形處理所需的諸參數，包括，例如，視點位置，視線方向，光源位置(當使用多個光源時，還需要諸光源的數目)，亮度數值，以及投影表面的位置。當它們的數字數值被輸入之後，就在幾何變換以及描繪處理方框中進行計算。圖像可以很容易地被控制，使之旋轉，以及通過使用一種指向裝置，例如一個滑鼠器、一個跟蹤球，以及一根操縱杆，去放大或縮小圖像。
還有，在三維多邊形產生單元16裡面的地圖資料庫28中所積累的各種地理特徵，可以根據相同於從雷達發射/接收單元14那裡獲得的二維圖像信息所使用的方法進行多邊形處理，以便跟通過使用雷達發射/接收單元14所獲得的圖像重疊在一起。
這就是說，例如，在一份市售地圖或者一份由地理勘測學會出版的地圖中所描繪的各種地理特徵，被劃分為格子形狀的篩網，並且有關地理特徵的高度(高度信息)都被添加到每一個格子點之上。這樣一來，可以用精確地相同於針對從上述雷達發射/接收單元14那裡獲得的二維圖像信息所使用的多邊形產生處理方法來產生諸多邊形，使之有可能藉助於三維圖形單元18來顯示三維圖像。
在這個實施例中，如圖11所示，幀緩衝存儲器44備有一個幀緩衝層44a以及一個幀緩衝層44b，作為第1和第2幀緩衝層。在幾何變換處理部件40以及描繪處理部件42中所處理的三維雷達圖像數據以及三維地像數據可以分別地在各自的幀緩衝層44a，44b中進行積累。
這就是說，三維雷達圖像數據在幀緩衝層44a中被積累，並且三維地像數據在幀緩衝層44b中被積累。通過將地圖上的經度緯度調整為從GPS衛星定位系統45那裡獲得的經度緯度，就能進行兩幀圖像的位置對準，因此，通過利用GPS衛星定位系統45，就能容易地進行位置對準。
當從幀緩衝存儲器44(從層44a和層44b)以視頻方式讀出三維雷達圖像數據以及三維地像數據時，即，當進行所謂視頻掃描時，三維雷達圖像被重寫到三維地像之上，以便以一種組合的方式進行顯示，或者在三維地像之上，以一種半透明的形式去跟蹤三維雷達圖像，以便以一種組合的方式進行顯示。通過使用顯示單元15的一個未說明的視頻部件中的一份對照表，就能實現這樣一個步驟。可以通過使用一個固定的對照表系統或者從外部設置一張表，來實現簡單的重疊顯示，在其中，三維雷達圖像數據以及三維地像數據都經過計算以便獲得算術平均值。
藉助於以上所述的三維多邊形產生單元16和三維圖形單元18而準備的三維雷達圖像數據和三維地像數據(也被稱為「三維雷達/地像數據」)被送往顯示單元15，並且連同由雷達發射/接收單元14的掃描變換器22所準備的二維雷達圖像數據一起，在幀存儲器24中進行積累。根據從輸入裝置27所給出的指令，在顯示裝置26上顯示出二維雷達圖像和/或三維雷達圖像以及三維地像(三維雷達/地像)。
按照以下的安排，可以在幀存儲器24中積累二維雷達圖像、三維雷達圖像，以及三維地像。那就是，圖1所示幀存儲器24的各自的描繪(或寫入)區域被設計成以一種固定的方式劃分為區域24a和區域24b。二維雷達圖像數據在區域24a中被積累，並且三維雷達圖像數據以及三維地像數據在區域24b中被積累。另一種可供選擇的安排是，如圖12所示，提供了兩個幀存儲器24a，24b。當數據被讀出到顯示裝置26時(當進行視頻掃描時)，被歸屬到顯示裝置的各自的地址都是事先設置的。例如，當掃描地址被定位於二維雷達圖像顯示區域時，針對二維圖像從幀存儲器24a中讀出圖像數據。當掃描地址進入三維圖像顯示區域時，針對三維圖像從幀存儲器24b中讀出三維雷達/地像數據。在這個實施例中，可以以一種固定方式來設置顯示區域。另一方面，也可以從外部可變地設置顯示區域。以上兩種安排中的任何一種都是可實行的。
在三維多邊形產生單元16以及三維圖形單元18中所分別包括的多邊形緩衝存儲器34以及幀緩衝存儲器44可以被構成為顯示單元15的幀存儲器24所共用的一個存儲器。
圖13表示一個實例，其中在如上所述的顯示裝置26以一種組合的方式顯示二維雷達圖像、三維雷達圖像，以及三維地像。在圖13中，圖像11a表示從雷達發射/接收單元14觀察到的二維雷達圖像。圖像11b表示以一種重疊方式顯示的、藉助於三維多邊形產生單元16和三維圖形單元18進行處理的三維雷達圖像以及三維地像。
當這樣一種三維雷達圖像被顯示時，若僅顯示涉及動態的和瞬時的變化的真實的三維圖像11b，則一個習慣於觀察常規的二維雷達圖像的專家可能產生困惑。
相應地，如圖13所示，在顯示裝置26上同時描繪出常規的二維雷達圖像11a以及三維雷達圖像11b。在這種安排中，當兩種圖像被觀察時，具有較高視頻識別性能的三維雷達圖像被有效地利用。
當然，只有三維雷達圖像11b可以被顯示，或者可以在全屏幕上顯示二維雷達圖像11a，以便作出確認。
根據本發明，有可能提供一種三維雷達裝置，在其中，被轉換為由常規雷達裝置所獲得的二維直角坐標(X，Y)的圖像數據，被轉換為增加了基於亮度數值的高度方向(Z軸)的圖像數據(X，Y，Z)，以便進行三維圖形處理，使得除了基於使用常規雷達裝置的二維圖形顯示以外，還可以顯示經過圖形處理的三維圖像。因此，獲得了這樣一種效果，即，在真實的三維圖像形式中，由雷達裝置所測的目標可以容易地被操作員用視覺方法進行識別。
還有，根據本發明，三維雷達圖像和三維地像可以被組合和被顯示。因此，獲得了這樣一種效果，即，可以用更真實的三維圖像來顯示雷達圖像。
權利要求
1.一個三維雷達裝置包括一個雷達發射/接收單元(14)包括一部雷達發射機/接收機(20)，它被連接到一組天線(12)，用以導出分別地跟一個目標有關的涉及方向信息、距離信息以及接收強度信息的諸信號，以及一個掃描變換器，用以輸出二維雷達圖像數據，後者包括來自所述涉及所述方向信息、所述距離信息以及所述接收強度信息的諸信號的每一個圖像元素的二維直角坐標以及亮度信息；一個顯示單元(15)，包括一個幀存儲器(24)，用於積累圖像數據，以及一個顯示裝置(26)，用於顯示在所述幀存儲器中積累的圖像數據；一個三維多邊形產生單元(16)，用於根據在所述二維雷達圖像數據中所包括的所述每一個圖像元素的二維直角坐標以及所述亮度信息來進行多邊形產生處理；以及一個三維圖形單元(18)，用於在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上，準備三維雷達圖像數據，其中所述三維雷達圖像數據在所述幀存儲器中被積累，以及一幀三維雷達圖像在所述顯示裝置上被顯示。
2.根據權利要求1所述三維雷達裝置，還包括一個地圖資料庫(28)，其中積累著分布於一個二維格子上的一種地理特徵的在每一個格子點上的位置信息和高度信息；以及一個幀緩衝存儲器(44)，它由在所述三維圖形單元中所包含的第1和第2幀緩衝層(44a，44b)組成，其中在所述三維多邊形產生單元中，在從所述地圖資料庫獲得的所述位置信息和所述高度信息的基礎上進行所述多邊形產生處理；在所述三維圖形單元中，在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上準備三維地像數據，以便在所述第2幀緩衝層中進行積累，並且由所述三維圖形單元所準備的所述三維雷達圖像在所述第1幀緩衝層中被積累；當在所述幀存儲器中積累所述三維雷達圖像時，已經在所述第1和第2幀緩衝層中積累的所述三維雷達圖像數據以及所述三維地像數據被讀出並且被互相組合，以便作為三維雷達/地像數據而進行積累；以及在所述顯示裝置上顯示一幀三維雷達/地像。
3.根據權利要求2所述的三維雷達裝置，其中，通過利用一個GPS衛星定位系統(45)來進行所述三維雷達圖像和所述三維地像的位置對準。
4.一個三維雷達裝置包括一個雷達發射/接收單元(14)包括一部雷達發射機/接收機(20)，它被連接到一組天線(12)，用以導出分別地跟一個目標有關的涉及方向信息、距離信息以及接收強度信息的諸信號，以及一個掃描變換器，用以輸出二維雷達圖像數據，後者包括來自所述涉及所述方向信息、所述距離信息以及所述接收強度信息的諸信號的每一個圖像元素的二維直角坐標以及亮度信息；一個顯示單元(15)，包括一個幀存儲器(24)，用於積累圖像數據，以及一個顯示裝置(26)，用於顯示在所述幀存儲器中積累的圖像數據；一個三維多邊形產生單元(16)，用於根據在所述二維雷達圖像數據中所包括的所述每一個圖像元素的二維直角坐標以及所述亮度信息來進行多邊形產生處理；以及一個三維圖形單元(18)，用於在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上，準備三維雷達圖像數據，其中所述二維雷達圖像數據以及所述三維雷達圖像數據在所述幀存儲器中被積累，以及當在所述顯示裝置上進行顯示時，僅顯示所述二維雷達圖像，僅顯示所述三維雷達圖像，或者同時顯示所述二維雷達圖像(11a)以及所述三維雷達圖像(11b)。
5.根據權利要求4所述的三維雷達裝置，為了同時顯示所述二維圖像以及所述三維圖像，還包括一個地圖資料庫，其中積累著分布於一個二維格子上的一種地理特徵的在每一個格子點上的位置信息和高度信息；以及一個幀緩衝存儲器，它由在所述三維圖形單元中所包含的第1和第2幀緩衝層組成，其中在所述三維多邊形產生單元中，在從所述地圖資料庫獲得的所述位置信息和所述高度信息的基礎上進行所述多邊形產生處理；在所述三維圖形單元中，在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上準備三維地像數據，以便在所述第2幀緩衝層中進行積累，並且由所述三維圖形單元所準備的所述三維雷達圖像在所述第1幀緩衝層中被積累；當在所述幀存儲器中積累所述三維雷達圖像時，已經在所述第1和第2幀緩衝層中積累的所述三維雷達圖像數據以及所述三維地像數據被讀出並且被互相組合，以便作為三維雷達/地像數據而進行積累；以及在所述顯示裝置上，同時顯示一幀三維雷達/地像以及一幀二維雷達圖像。
6.根據權利要求5所述的三維雷達裝置，其中，通過利用一個GPS衛星定位系統(45)來進行所述三維雷達圖像和所述三維地像的位置對準。
7.一種用於顯示一幅三維雷達圖像的方法包括一個第1步驟，從一個雷達發射/接收單元(14)輸出二維雷達圖像數據，包括涉及一個目標的每一個圖像元素的二維直角坐標以及亮度信息；一個第2步驟，在一個三維多邊形產生單元(16)中，根據在所述二維雷達圖像數據中所包括的所述每一個圖像元素的二維直角坐標以及所述亮度信息來進行多邊形產生處理；一個第3步驟，在一個三維圖形單元(18)中，在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上，準備三維雷達圖像數據；以及第4步驟，在一個顯示裝置上，顯示基於所述三維雷達圖像數據的一幀三維雷達圖像。
8.根據權利要求7的用於顯示所述三維雷達圖像的方法，其中，在所述第4步驟，一個基於所述二維雷達圖像數據的二維雷達圖像連同所述三維雷達圖像一起，被顯示於所述顯示裝置上。
9.根據權利要求7的用於顯示所述三維雷達圖像的方法，其中在所述第2步驟中，根據從一個地圖資料庫中所得到的分布於一個二維格子上的一種地理特徵的在每一個格子點上的位置信息和高度信息，進一步地執行所述多邊形產生處理；在所述第3步驟中，在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上，進一步地準備三維地像數據；以及在所述第4步驟中，基於所述三維雷達圖像數據的所述三維雷達圖像以及基於所述三維地像數據的一幀三維地像被組合，並且被顯示於所述顯示裝置上。
10.根據權利要求8的用於顯示所述三維雷達圖像的方法，其中在所述第2步驟中，根據從一個地圖資料庫中所獲得的分布於一個二維格子上的一種地理特徵的在每一個格子點上的位置信息和高度信息，進一步地執行所述多邊形產生處理；在所述第3步驟中，在所獲得的基於多邊形的信息的基礎上，進一步地準備三維地像數據；以及在所述第4步驟中，基於所述三維雷達圖像數據的所述三維雷達圖像以及基於所述三維地像數據的一幀三維地像被組合，並且被顯示於所述顯示裝置上，並且基於所述二維雷達圖像數據的二維雷達圖像被顯示於所述顯示裝置上。
全文摘要
所公開的是一種三維雷達裝置,包括一個雷達發射/接收單元(14),一個三維多邊形產生單元(16),以及一個三維圖形單元(18),其中,一部雷達發射機/接收機(20),輸出基於從一個目標那裡反射回來的無線電波的、涉及方向信息、距離信息以及接收強度信息的諸信號,以及一個掃描變換器(22),它被用來將涉及方向信息、距離信息以及接收強度信息的諸信號變換為二維雷達圖像數據,後者包括每一個圖像元素的二維直角坐標以及亮度信息。
文檔編號G01S13/86GK1250165SQ99111990
公開日2000年4月12日 申請日期1999年8月4日 優先權日1998年8月4日
發明者山根大作, 須藤雄基 申請人:日本無線株式會社