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光學(xué)動態(tài)捕捉技術(shù)范文第1篇

關(guān)鍵詞：3D技術(shù)；動畫電影；三維立體動畫

中圖分類號：TP37文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)15-3677-02

3D Sstereo Technology of Animated Films

LI Hua-yong, LIU Ping, JI Hong-qiang

(Weifang Vocational College, Weifang 261041, China)

Abstract: 3D technology has not only created many new animated film production technology, but also created using digital technology to achieve 3D images of language and narrative language, animated films have become the mainstream expression. In this paper, the popular 3D animation techniques were discussed, analyzed the 3D animation technology to create influence.

Key words: 3D technology; animated film; three-dimensional animation

3D技術(shù)帶來的革命不但改變了傳統(tǒng)動畫電影的制作技術(shù)，改變了電影的傳播方式，更改變和顛覆了傳統(tǒng)的電影觀念，對電影已經(jīng)延續(xù)了一百年的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響。從2011年開始，好萊塢生產(chǎn)的主流動畫影片基本都將以3D版本進行放映，3D技術(shù)從動畫劇本的創(chuàng)作、策劃、制作到后期的合成、剪輯，無處不發(fā)揮著巨大的功用，并且由此而來的變革將會波及到融資、制作、發(fā)行、放映等一系列電影環(huán)節(jié)，從而徹底改變動畫電影行業(yè)本身。

1 助推動畫電影發(fā)展的3D技術(shù)

3D技術(shù)的進步讓導(dǎo)演們的想象力插上了堅實的翅膀，使動畫電影無論從畫面色彩飽和度、人物動作逼真度、場景縱深感、情節(jié)震撼力上都比二維動畫時代有巨大的進步，讓觀眾在電影院沉浸在變幻莫測、光怪陸離神奇的動畫世界。

1.1 動作捕捉技術(shù)的應(yīng)用

從CG技術(shù)引入影視、動漫作品開始，動作捕捉技術(shù)就應(yīng)運而生了，現(xiàn)今幾乎所有影視動畫中的CG場面都會用到這種技術(shù)。動作捕捉技術(shù)展現(xiàn)了最細(xì)膩真實的人物動作與表情，在澤米吉斯導(dǎo)演制作的《極地特快》和《怪獸屋》中，演員的一顰一笑都得到了真實再現(xiàn)，而《貝奧武夫》堪稱史上人物表情最細(xì)膩的動畫片。動作捕捉技術(shù)也是一直是一項飽受爭議的技術(shù)，奧斯卡動畫長片獎甚至因為這項技術(shù)修改了動畫長片獎的評獎條款。同時奧斯卡對動作捕捉技術(shù)制作的動畫長片還是采取了比較寬容的態(tài)度，2007年獲得最佳動畫長片提名的《怪獸屋》就是一部徹頭徹尾的動作捕捉技術(shù)動畫，甚至連當(dāng)年獲得最佳動畫長片獎的《快樂的大腳》運用了一定的動作捕捉技術(shù)，3D電影《阿凡達》更是大量運用動作捕捉技術(shù)的典范。

運動捕捉技術(shù)是將人體表情和動作通過傳感器、信號捕捉設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳輸?shù)诫娔X上，動畫師將這些動作運用于影片人物的身上，表現(xiàn)出一個表情豐富、動作貼合運動規(guī)律的動畫形象。運動捕捉技術(shù)從原理上說可分為機械式、聲學(xué)式、電磁式、主動光學(xué)式和被動光學(xué)式。不同原理的設(shè)備各有其優(yōu)缺點，一般可從以下幾個方面進行評價：定位精度；實時性；使用方便程度；可捕捉運動范圍大?。豢垢蓴_性；多目標(biāo)捕捉能力；以及與相應(yīng)領(lǐng)域?qū)I(yè)分析軟件連接程度。

在《阿凡達》制作過程為了讓影片中的動畫形象表情更豐富、動作更逼真，進一步完善發(fā)展了動作捕捉制作系統(tǒng)。演員在拍攝時穿上布滿捕捉點的緊身衣褲，同時影片攝影棚內(nèi)還架設(shè)有一套“協(xié)同工作攝像機”，這套系統(tǒng)由布滿在攝影棚頂部的140個數(shù)字?jǐn)z像機組成，形成一個捕捉舞臺。攝像機通過追蹤現(xiàn)場ED燈打出的近紅外光譜的反射，將捕捉到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭惶紫到y(tǒng)中，再將光譜的反射與演員的運動進行組合分析，得出整個鏡頭的立體模型。這些數(shù)據(jù)再被映射到后期的計算機處理，從而令動畫人物呈現(xiàn)出高度擬真的效果。

1.2 全局光照模擬技術(shù)的運用

全局光照是三維物體在環(huán)境光照下的反射特性，而局部光照只能產(chǎn)生少量光源的照明效果。傳統(tǒng)三維動畫技術(shù)中光線跟蹤、光子映射和輻照度技術(shù)已經(jīng)成熟，遲遲不能在CG電影中應(yīng)用的原因在于渲染電影膠片時間太長，成本太高。在《怪物史萊克Ⅱ》中80%的鏡頭都使用了全局光照技術(shù)，由于有效運用了近似的光線跟蹤技術(shù)，高效率處理了光線的多次反射、折射和透射問題，極大地加速了渲染進程，解決了成本高的問題。

1.3 動態(tài)群體動畫技術(shù)的運用

動態(tài)群體動畫是三維動畫電影區(qū)別于二維動畫的一大特征。該技術(shù)讓影片中大場面下的各個不同動畫物體做出不同的反映，而不需要逐個調(diào)整每個物體的動作，另外當(dāng)片中人物需要互動時，也可以直接運用預(yù)先設(shè)置好的反映特性?！豆治锸啡R克Ⅱ》中人物最多的大場景里包含了多達5000多名神態(tài)動作各異的個體，能控制大量個體做各自不同的動作要得益于夢工廠動態(tài)群體動畫技術(shù)的開發(fā)，通過多項控制參數(shù)，能令“人群”關(guān)注場景中的事件并做出各自不同的反應(yīng)。CG動畫師將不需要逐個調(diào)整每個個體的變化，點一下鼠標(biāo)，不同個體之間便可開始既定的相互反應(yīng)。

1.4 流體模擬技術(shù)的運用

流體模擬技術(shù)讓影片中波浪碰撞時產(chǎn)生的力學(xué)效果極為逼真。3D技術(shù)中單純的模擬海浪并不是很難，問題在于模擬海浪與物體之間的交互，如模擬海浪與角色身體的動力學(xué)碰撞效果。這里運用的是基于物理的模擬。目前夢工廠專家Nick Foster開發(fā)的流體系統(tǒng)已經(jīng)可以有效模擬多種流體交互效果。它可以編輯幾十個層的流體動態(tài)特性，通過粒子系統(tǒng)模擬浪花沖刷巖石、牛奶潑在地上、怪物用泥漿洗臉等運動。

1.5 2D轉(zhuǎn)3D技術(shù)的運用

光學(xué)動態(tài)捕捉技術(shù)范文第2篇

與普通傻瓜相機相比，它們尺寸更大、功能更強；但與高端的數(shù)碼單反相機相比，它們尺寸更小、更便于日常使用。當(dāng)你真正面對它時，緊湊型大變焦相機在便攜性與高性能兩方面達到了完美的平衡。讓我們見識一下介于兩者之間的這種相機吧!如果你愿意稱之為便攜大變焦相機，也無妨。

顧名思義，我們這次評測的這7款緊湊型大變焦相機的主要特點是：超過一般卡片機的光學(xué)變焦范圍。這些緊湊型大變焦相機每款都提供了至少10倍光學(xué)變焦的焦距范圍。不過歸功于相機領(lǐng)域各種創(chuàng)新的技術(shù)進步，這些相機不僅僅具備超大的鏡頭變焦范圍，大多數(shù)還都有一些特別之處，從內(nèi)置GPS、高速拍攝模式、快速對焦靜音鏡頭，到針對弱光拍攝優(yōu)化的傳感器，不一而足。

例如，索尼的Cyber-shot DSC-HX5V和三星的WB650就有內(nèi)置GPS接收器，可立即為照片標(biāo)注位置，這對于環(huán)游世界的人或想在地圖上顯示快照的人來說很方便。同時，卡西歐的Exilim EX-FH100提供了每秒40張的超高速連拍模式，你可以捕捉快動作畫面，然后在回放期間轉(zhuǎn)變成慢動作鏡頭。除了全手動控制外，佳能的PowerShot SX210 IS還提供了新穎的場景模式和一流的視頻捕捉功能，而松下的Lumix DMC-ZS5擁有近乎靜音的快速對焦變焦鏡頭。至于尼康的Coolpix S8000，它是這組相機中最容易使用的；而富士的FinePix JZ505擁有針對寵物狗或貓的獨特的臉部識別模式。

本文試圖把所有這些花哨功能暫且擱在一邊，單單評測了這7款知名高倍變焦相機各自的優(yōu)點。下面是這些相機的評比情況，評比依據(jù)是《PC World》實驗室針對靜態(tài)照片和視頻性能的主觀性測試，并結(jié)合針對日常性能的實際評測。

索尼Cyber-shot DSC-HX5V

索尼Cyber-shot DSC-HX5V包括內(nèi)置GPS系統(tǒng)、數(shù)字羅盤、通過TransferJet的無線圖像和視頻共享、方向感應(yīng)器驅(qū)動的全景模式，以及AVCHD格式的1080i高清視頻捕捉功能，所以你往往會忽視這款售價2449元的產(chǎn)品其實是一部相機。而它就是一部出色的相機，擁有我們在2010年看到的傻瓜相機所擁有的一些最佳圖像質(zhì)量。

在《PC World》實驗室的圖像質(zhì)量主觀性測試中，1000萬像素、10倍光學(xué)變焦(25mm至250mm)的DSC-HX5V捕捉到了評分最高的一些圖像，其曝光質(zhì)量和色彩準(zhǔn)確度在這批袖珍高倍變焦相機中居于首位。不過，清晰度和失真度不大出色，視頻質(zhì)量也不及佳能PowerShot SX210 IS和松下Lumix DMC-ZS5，這讓DSC-HX5V的總體成像得分為“好”。

你在普通環(huán)境下使用DSC-HX5V時，很快會發(fā)現(xiàn)它擁有一些最具創(chuàng)新的相機功能。尤其特別的強項歸功于三種模式，這些模式都可以通過機身頂部的模式撥盤來使用：手持夜攝模式(Handheld Twilight)，可以在連拍方式下拍出最多六張不同曝光設(shè)置的照片，并對它們進行重疊以生成畫面清晰、曝光充足的照片；智能全景掃描模式(Intelligent Sweep Panorama)，按一下快門按鈕，沿著視場平移相機，即可立即生成全景照片；以及背光校正高動態(tài)范圍模式(Backlight Correction HDR)，該模式拍攝不同曝光度的背光圖像后，對它們進行重疊，突出前景高亮部分。

可使用照片位置標(biāo)記功能，但這項功能受制于電腦。雖然DSC-HX5V可自動為你拍的照片標(biāo)記位置(只要你在室外)，但需要把捆綁的Picture Motion Browser軟件安裝到Windows個人電腦上，然后把照片卸載到硬盤上，才能使用照片位置數(shù)據(jù)。把照片正確拖拉到軟件的MapView界面上，就可以把它們放到拍攝的地方，但不能像三星WB650的GPS功能那樣在外出時方便使用。

電池續(xù)航時間很長，充一次電后可以拍310張。但如果你使用的DSC-HX5V其GPS服務(wù)一直開啟著，電池續(xù)航時間肯定會大大縮短。經(jīng)驗豐富的攝影者應(yīng)該會注意到DSC-HX5V的十八般武藝缺少幾項重要功能：無法用RAW格式來拍攝，雖然這款相機有全手動模式可以單獨調(diào)整光圈和快門設(shè)置，但它丟棄了專用的光圈優(yōu)先和快門優(yōu)先模式。

DSC-HX5V的單一介質(zhì)插槽可以插SD/SDHC卡或索尼的記憶棒Pro Duo。它還是通過具有TransferJet功能的設(shè)備，支持無線點對點共享的兩款Cyber-shot機型之一。不過目前TransferJet設(shè)備的數(shù)量還不多，你需要特殊的TransferJet記憶棒卡，才能與DSC-HX5V進行無線共享。

結(jié)論：不要將索尼內(nèi)置GPS系統(tǒng)、功能齊全的DSC-HX5V稱為是一款華而不實的相機。它不但有優(yōu)秀的相機內(nèi)置功能，還有良好的圖像質(zhì)量和出色的拍攝模式。

佳能PowerShot SX210 IS

14倍光學(xué)變焦的PowerShot SX210 IS(2600元)是去年測評成績出色的SX200 IS的后續(xù)產(chǎn)品，它提供了易用性、手動控制和同類中最佳的視頻質(zhì)量。改進之處包括：更纖薄的機身、能夠在拍攝視頻時變焦、支持SDXC卡以及增加了新的場景模式。

在《PC World》針對靜態(tài)照片和視頻的主觀性測試中，SX210 IS得到的總體成像得分為“好”。它擁有這組測評相機中質(zhì)量最全面的圖像，在全部四個測試類別(曝光、色彩準(zhǔn)確度、清晰度和無失真)中獲得了“好”的評分。

SX210 IS捕捉的視頻其質(zhì)量也明顯勝過其他高倍變焦相機，視頻質(zhì)量得分為“出色”。相比之下，音頻捕捉方面差強人意；該相機沒有麥克風(fēng)輸入端口，所以只得忍受不大出色的音質(zhì)，盡管視頻方面表現(xiàn)出眾：可捕捉每秒30幀的720p視頻。

這是一款最出色的“通吃型”相機，提供了最佳的控制范圍，同時適合高級攝影者和初級攝影者。它有手動控制，其中包括光圈優(yōu)先模式、快門優(yōu)先模式和全手動曝光。光圈設(shè)置范圍從廣角端的F3.1到全長焦的F8.0，還能獲得遞增幅度比卡西歐Exilim EX-FH100更小的F制光圈選項。

SX210 IS有幾個創(chuàng)新的場景模式值得一提。新增加的模式有微縮景觀模式(Miniature Mode)和魚眼模式(Fisheye)：前者通過模擬移軸鏡頭的效果，讓全尺寸拍攝對象如同微縮模型；后者模擬了魚眼鏡頭。來自佳能以前相機的保持模式包括色彩強化(Color Accent，可以在原本黑白的照片中曝光某一種顏色)和色彩轉(zhuǎn)換(Color Swap，可以將照片中的一種顏色換成另一種顏色)。

這款相機沒有凸起手柄，機身頂部和兩側(cè)有一道手指寬的狹窄溝槽，便于抓牢。只要用指尖操縱機身頂部類似手柄的控制按鈕，就可以調(diào)整14倍光學(xué)變焦鏡頭(28mm至392mm)。仍得用雙手來抓牢相機，但與大多數(shù)傻瓜相機通過變焦環(huán)或拇指來進行控制相比，調(diào)焦手柄讓你對變焦速度有更大的控制度。它絕對值得購買之前親手試一下，如果你喜歡單手拍攝，更是如此。

Coolpix S8000捕捉的視頻還不錯，但用裝在機身頂部的立體聲麥克風(fēng)捕捉的音頻質(zhì)量很差。此外，拍攝期間只能使用數(shù)碼變焦，而無法發(fā)揮該相機10倍光學(xué)變焦鏡頭的全部功能。

由于沒有凸起的手柄，這款相機輕薄輕盈。不過它有點四四方方，所以需要兩只手才能抓牢。遺憾的是，蓋住HDMI端口和USB接口的倉門用橡膠塑料做成；多次使用后，很容易出現(xiàn)磨損。

結(jié)論：Coolpix S8000使用自動控制，操作起來直觀簡單，是初學(xué)者的一款理想的高倍變焦相機。想用這款相機拍出糟糕的照片都很難，但缺點是沒有手動控制。

松下Lumix DMC-ZS5

DMC-ZS5(2100元)好比是經(jīng)驗豐富的攝影者眼里的Coolpix S8000。它提供了一系列全面的手動控制，可與12倍光學(xué)變焦鏡頭(25mm至300mm)配合使用，靜音馬達和快速自動對焦讓它無論是拍攝靜態(tài)照片還是拍攝視頻都表現(xiàn)出色。

與大多數(shù)袖珍高倍變焦相機一樣，32mm厚的DMC-ZS5有點太大，談不上多袖珍。它可以塞入到上衣里面的口袋，想塞入到包包有點費勁，但別指望能把它塞入到緊繃的牛仔褲袋。

其手動控制顯然對去年完全自動的Lumix DMC-ZS3進行了升級。除了便于獨立選擇光圈值和快門值的全手動模式外，它還有光圈優(yōu)先和快門優(yōu)先模式。光圈值從廣角端的F3.3至F6.3到全長焦的F4.9至F6.3?？扉T速度從1/2000s到60s。

該相機擁有良好的自動設(shè)置(其中包括智能自動、智能解析和智能感光)以及場景模式(包括出色的高動態(tài)范圍模式)。但是當(dāng)你把它與這次測評的一些比較注重功能的袖珍高倍變焦相機進行比較，會發(fā)現(xiàn)DMC-ZS5的功能相對較少。

遺憾的是，除非我們使用手動設(shè)置，否則拍出來的照片往往有點暗、曝光不足。在《PC World》實驗室針對圖像質(zhì)量的測評中，DMC-ZS5在曝光質(zhì)量和色彩準(zhǔn)確度方面的得分很低，不過也拍出了在測試相機中最清晰的一些照片。視頻方面表現(xiàn)不俗――可拍攝流暢、清晰的短片，獲得了“非常好”的評分，但是機載麥克風(fēng)很差。DMC-ZS5的總體成像得分為“好”。

當(dāng)你在拍攝視頻時使用光學(xué)變焦鏡頭，這款相機的亮點就展露無遺。自動對焦快速而準(zhǔn)確；如果你使用三腳架或平坦表面，鏡頭就能得到令人驚嘆的效果。自動對焦根本不用退縮，就能鎖定三個半街區(qū)之外的拍攝對象。你無法在拍攝視頻時使用手動控制，但可以在拍攝短片時，調(diào)整白平衡、從預(yù)設(shè)曝光設(shè)置中選擇，并選擇一些色彩濾鏡。

拍攝靜態(tài)照片時，快門時滯有好也有壞。如果是拍單張照片，快門時滯實際上不存在：打開相機電源后大約一秒內(nèi)就能拍照；不過要是相機在智能自動(Intelligent Auto)模式下，所用時間稍長一點。不過，拍攝間隔時滯很明顯；除非DMC-ZS5在每秒三張的連拍模式下，否則相機逐張拍照的間隔比較長。

由于硬件鎖定開關(guān)控制著捕捉和回放設(shè)置，從瀏覽照片到拍攝照片之間的切換也需要時間。使用DMC-ZS5不像使用許多相機，照片回放期間按下快門按鈕不會讓相機進入捕捉模式，所以你在調(diào)整鎖定開關(guān)時，會滯后大概一秒鐘。

結(jié)論：DMC-ZS5擁有手動控制和快速對焦的12倍鏡頭，避開了花哨的額外功能，注重實用的基本功能。

富士FinePix JZ505

富士FinePix JZ505(1499元)是這次測評中最小巧的袖珍高倍變焦相機，這歸功于僅厚29mm的弧形機身，比其他任何相機要纖薄得多。

遺憾的是，其表現(xiàn)也比較乏善可陳。它的一些缺點并不完全讓人吃驚：這款機型是富士為2010年推出的廉價袖珍高倍變焦相機，只能為較高端的FinePix F85EXR當(dāng)當(dāng)配角。

在《PC World》實驗室針對靜態(tài)照片和視頻質(zhì)量的主觀性評測中，JZ505得到“尚可”的評分，表現(xiàn)讓人失望。評委們指出，用JZ505拍成的樣本照片畫面模糊、對比度低，導(dǎo)致曝光質(zhì)量和清晰度的得分遠(yuǎn)低于平均值。

JZ505也沒有以超長的電池續(xù)航時間來彌補在成像方面的不足。該相機的鋰離子電池充一次電后只能拍230張，遠(yuǎn)少于這次測試相機中一些功能更齊全的機型。

視頻性能墊底，尤其是在低光測試方面――而說到用這款相機拍攝視頻，缺點還不止這些。由于變焦鏡頭馬達有噪音、自動對焦滯后明顯，用JZ505拍攝720p片段常常讓人一再沮喪。

JZ505缺少快門和光圈方面的手動控制；你只能使用相機的場景模式、程序模式(可以調(diào)整感光度、白平衡、自動對焦及其他基本設(shè)置)、自動模式和場景自動選擇模式。該相機使用簡單，但缺少尼康同樣自動化的S8000具有的完美和圖像質(zhì)量。

JZ505最值得關(guān)注的方面是其寵物識別場景模式，這是用于拍狗和貓的臉部識別模式。你可以設(shè)定相機，以便一旦寵物朝向相機，相機會自動抓拍；但我們的實際測試顯示，快門不夠快，無法抓拍到動作特別快的狗或貓。如果你選擇手動按下快門按鈕，它確實能拍出很棒的寵物照片。

在這批袖珍高倍變焦相機的重量級產(chǎn)品當(dāng)中，JZ505顯得無足輕重，但它有一個塊頭較大、功能較強的同類產(chǎn)品。對于渴望袖珍高倍變焦相機的富士迷來說，我們建議堅持購買FinePix F85EXR：除了10倍光學(xué)變焦鏡頭外，這款相機還擁有富士較高端的EXR傳感器。我們本想讓F85EXR參與這次測評，但因測試時間緊而未能入圍。

結(jié)論：作為這些袖珍高倍變焦相機中最小巧的機型，富士的FinePix JZ505缺少與價格較高的競爭產(chǎn)品相匹敵的功能或性能。

《PC World》實驗室實測高倍變焦傻瓜相機

我們測評每一款數(shù)碼相機的過程都有這個環(huán)節(jié)：當(dāng)著一組評委的面，對圖像質(zhì)量進行詳盡的測試。由于現(xiàn)在絕大多數(shù)靜態(tài)相機提供720p高清視頻捕捉功能，我們認(rèn)為眼下正好也可以開始測評數(shù)碼相機的視頻拍攝功能。

這次測評的7款袖珍高倍變焦相機是接受《PC World》實驗室針對視頻質(zhì)量的主觀性測試的第一批傻瓜相機。我們的測試方法包括對玩具火車和摩天輪錄制1分鐘的視頻，以評估視頻質(zhì)量的方方面面：運動流暢性、色彩準(zhǔn)確度和無失真。我們還在拍攝場景，通過揚聲器播放音頻片段，確定每款相機捕捉音頻的效果有多好。

我們對同一場景拍攝兩次，每款相機放在相同的三角架位置上，視頻質(zhì)量設(shè)置都設(shè)成最高檔：一次是在室內(nèi)亮光下；另一次是關(guān)掉頂燈，打開相機后面的落地?zé)簟Ｒ坏┪覀兣臄z了所有鏡頭，評委們就給每個片段進行評分，評出亮光下的總體視頻質(zhì)量、低光下的鏡頭質(zhì)量以及音頻質(zhì)量。視頻得分占每款相機總體性能得分的15％，音頻質(zhì)量占相機性能得分的5％。

光學(xué)動態(tài)捕捉技術(shù)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】目視助航設(shè)備 精密進近航道指示 圖像提取 雷達引導(dǎo)

隨著我國綜合國力提高，各種軍、民用飛機作業(yè)活動日益頻繁；但受環(huán)境惡化的影響，我國中東部地區(qū)霧霾范圍和程度不斷加大，氣象條件越來越惡劣，對機場飛行活動影響很大。而且大部分機場基礎(chǔ)設(shè)施陳舊，未配置儀表著陸系統(tǒng)（INS）或微波著陸系統(tǒng)（IRS），地面進近燈光系統(tǒng)簡易，飛行員主要靠目視完成進近下滑著陸，當(dāng)能見度低時，飛行員無法及時確定自身偏離下滑航道的情況，飛行員目視進近著陸安全受到嚴(yán)重威脅。

在目視飛行中，駕駛飛機最困難的工作是在飛機進近、著陸時，建立和保持與跑道的動態(tài)三維相對角度關(guān)系（主要是下滑角和航向角）。飛機的進近速度很高、進近時間越來越短，且氣象環(huán)境復(fù)雜，在沒有目視助航系統(tǒng)的幫助的情況下飛機既要保持準(zhǔn)確的進近方向又要保持準(zhǔn)確的進近坡度就變得更加困難。

現(xiàn)有通用目視進近坡度指示器（PAPI）和進近助航燈光系統(tǒng)存在指示信號少、精度低、進近航道窄、作用距離有限等問題；本系統(tǒng)在航道指示上，能夠提供橫、縱兩個方向上的偏差指示，且角度指示精度至少可達7級以上；且系統(tǒng)安裝調(diào)試簡單、光能利用率高，使得光束指向精度高，實現(xiàn)了低功率及高精度的航向偏差指示；系統(tǒng)常規(guī)氣象條件下作用距離可達10公里，在霧霾天氣條件下亦可達數(shù)公里，可有效保證飛行進近著陸的安全性。

1 助航系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 助航系統(tǒng)模型建立

系統(tǒng)放置在飛機下滑面與跑道面交線上，位于跑道一側(cè)的固定位置。系統(tǒng)模型示意如圖1所示。

飛機進場后，距離跑道入口約10km，此時，飛行員通過目視無法看到跑道入口，系統(tǒng)通過引導(dǎo)雷達來搜索飛機并獲取飛機位置信息，之后再通過光電跟蹤儀完成飛機眼位的精確提取和跟蹤，此時，航道指示器發(fā)射的指示光束覆蓋飛機眼位，飛行員可根據(jù)航道光束信息提示調(diào)整飛機航向和姿態(tài)，對準(zhǔn)下滑通道安全進近，直到飛行員可觀察到跑道入口。

1.2 系統(tǒng)基本流程

助航系統(tǒng)主要包括引導(dǎo)雷達、光電跟蹤儀、航道指示器、精密伺服設(shè)備和數(shù)據(jù)融合控制單元。引導(dǎo)雷達、光電跟蹤器和航道指示器均安裝在伺服轉(zhuǎn)臺上，并將零位調(diào)校一致，光電跟蹤儀包括紅外成像和可見光數(shù)字成像兩種工作模式，在常規(guī)氣象條件下可采用高清可見光數(shù)字成像系統(tǒng)，可獲得在夜間或霧霾情況下可啟用紅外跟蹤模式。

助航系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

2 目標(biāo)搜索和跟蹤

為了輔助著陸助航系統(tǒng)盡可能的全天候、全天時有效地工作，將進場引導(dǎo)雷達與光電跟蹤儀配合使用，引導(dǎo)雷達波束較寬，具有很強的空域搜索能力，能夠及時發(fā)現(xiàn)進場飛機，而光電傳感器測量精度比引導(dǎo)雷達高，但目標(biāo)搜索能力較弱，故系統(tǒng)采用雷達引導(dǎo)光電傳感器的這一基本協(xié)調(diào)方式。雷達引導(dǎo)光電跟蹤儀是指通過雷達鎖定目標(biāo)并引導(dǎo)光電跟蹤儀伺服轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動指向向目標(biāo)，通過雷達觀測數(shù)據(jù)與光電跟蹤儀探測數(shù)據(jù)融合，獲取飛機眼位精確位置信息，并可在終端操控界面顯示融合后的飛機下滑航線偏差信息。

2.1 雷達引導(dǎo)

進場引導(dǎo)雷達，將飛機引導(dǎo)到機場和最后的下滑航線上。進場監(jiān)視雷達的天線不停地旋轉(zhuǎn)掃描，發(fā)送一串超高頻無線電波，無線電波碰觸到目標(biāo)反射回來，并在雷達顯示器的屏幕上顯示出來，高大建筑物、橋、高地等的反射波表現(xiàn)為一些小的亮點；飛行中的飛機的反射波表現(xiàn)為一條變?nèi)醯墓廑E，借以辨明飛行方向，精密進場雷達測量飛機目標(biāo)距離和方位角度信息。

相應(yīng)的，光學(xué)跟蹤儀器協(xié)同低空進場雷達，或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)監(jiān)視接力，與進場雷達的信息實現(xiàn)多源融合，從而更好的掌握各類低空航空器的飛行動態(tài)，保障低空空域暢通有序?？偠灾?，低空雷達與光學(xué)跟蹤儀器融合有利于實現(xiàn)資源共享、功能互補，提升空中管制與低空監(jiān)視的綜合效能，如圖3所示。

光電跟蹤儀和引導(dǎo)雷達協(xié)同工作，只有目標(biāo)進入其作用距離范圍內(nèi)，設(shè)備才能檢測到目標(biāo)并實施跟蹤，光學(xué)跟蹤儀器需要引導(dǎo)雷達作為目標(biāo)指示設(shè)備加以引導(dǎo)，這樣才可以對目標(biāo)的快速精確捕捉和跟蹤。引導(dǎo)光學(xué)跟蹤儀器伺服轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向雷達顯示界面上被選中感興趣的目標(biāo)位置，以便觀察人員通過光學(xué)跟蹤儀器進行進一步的細(xì)節(jié)分析和判斷。在雷達顯示界面上移動雷達光標(biāo)至選中目標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)或串口把雷達的距離方位和高度數(shù)據(jù)傳送給光學(xué)跟蹤儀器，計算出伺服轉(zhuǎn)臺所對應(yīng)的角度，將伺服轉(zhuǎn)臺引導(dǎo)到指定位置對應(yīng)的伺服轉(zhuǎn)臺角度，引導(dǎo)伺服轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向指定位置。

2.2 機頭眼位的精確提取和跟蹤

由于搜索雷達的有效搜索高度有限，且目標(biāo)被搜索雷達發(fā)現(xiàn)時距離較遠(yuǎn)，目標(biāo)的高低角和方位角變化緩慢，這為光電跟蹤儀在小范圍內(nèi)移動光學(xué)鏡頭搜索目標(biāo)提供了前提條件。由上可知，濾波器的運算需要一定的時間成本，而在這段時間內(nèi)，高度估計值的精度往往不足以用來引導(dǎo)光電跟蹤儀，如果變光電跟蹤儀的被動跟蹤為依據(jù)某一策略的主動搜索，則有可能提前捕捉到目標(biāo)。

目司植刻卣魈崛∈槍丶點，對應(yīng)迎頭進近飛行的飛機來說，目標(biāo)左右的幾何特征是接近對稱的分布，通過形狀中心的提取及識別，可獲得較為準(zhǔn)確的飛機眼位位置目標(biāo)點的圖像像素位置坐標(biāo)（如圖4所示），進而完成眼位的提取和跟蹤，詳細(xì)流程如下圖5所示。

光學(xué)跟蹤儀僅能輸出目標(biāo)的高低角、方位角信息，目標(biāo)距離是缺失的。引導(dǎo)雷達觀測誤差較大，只能給出目標(biāo)的大致位置。為確定精確的目標(biāo)位置，光學(xué)跟蹤儀和引導(dǎo)雷達布置在同一承載小車上，目標(biāo)指引數(shù)據(jù)和距離信息可方便的傳輸至光電跟蹤儀。必須指出，本文的方法是基于目標(biāo)沿下滑道進近飛行的假設(shè)前提的，對目標(biāo)通場、過頂?shù)绕渌w行情形不予考慮。

3 下滑道指示

3.1 下滑指示器

當(dāng)光電跟蹤系統(tǒng)精確跟蹤飛機眼位后，即可通過下滑道指示器發(fā)射指示光束，引導(dǎo)飛機目視進近下滑。下滑指示器由光學(xué)控制系統(tǒng)、光源組件、合光器件和光學(xué)系統(tǒng)組成。

半導(dǎo)體激光二極管能量利用率高、指向性好，可大幅度提高助航燈光系統(tǒng)的能量利用效率，降低機場能耗，具有良好的發(fā)展前景和廣闊的市場空間；本系統(tǒng)采用多個LD集成的方式將單個小功率光源耦合進單根光纖，在通過后端光學(xué)系統(tǒng)將出光角度壓縮至合適的數(shù)值，既要滿足光束指示強度和一定穿透霧霾的要求，還要滿足對飛機目標(biāo)跟蹤時，飛行員眼睛能夠持續(xù)觀察到指示光束（即在跟蹤過程中光束能夠一直覆蓋到飛機眼位位置）；通過計算分析可得光學(xué)系統(tǒng)最終出光角度范圍約為10@，如圖6所示。

從理論上說，一個燈具的光學(xué)系統(tǒng)，它發(fā)出的光在任何一條確定的進近路線和任何一個給定的大氣環(huán)境條件下，光束的強度是恒定的；但隨著飛機的進近，飛機和指示燈之間的距離的減小，飛行員觀察到的指示光束的亮度會增強，為了使飛行員觀察指示效果舒適，指示燈光的強度要隨飛機進近距離做適當(dāng)調(diào)整。光強調(diào)節(jié)等級可通過光學(xué)控制單元根據(jù)實際使用情況來確定，一般可根據(jù)雷達距離數(shù)據(jù)，飛機每進近200m～400m調(diào)節(jié)一次，調(diào)節(jié)刻度跨度亦不能太大，避免造成飛行員眼睛的不適。

光學(xué)控制單元通過分析伺服y量飛機的角度和引導(dǎo)雷達測量的飛機距離信息，確定飛機相對于下滑道的位置，從而控制光源組件，發(fā)出指定顏色、強度（可通過占空比確定）和閃爍頻率的指示光束。其工作流程如圖7所示。

3.2 下滑指示原理

本方法的下滑指示器與常規(guī)的目視下滑坡度進近指示系統(tǒng)（PAPI）不同，PAPI系統(tǒng)是通過固定安裝的幾個不同顏色指示燈在空中覆蓋確定角度的指示光束；而本方法通過光電跟蹤來確定目標(biāo)的相對于下滑道的偏差俯仰和方位角度，進而提供事先規(guī)定好光束顏色和閃爍頻率配置的指示光束，使得飛行員能夠確定自身相對于下滑道的位置。下滑道指示器橫向和縱向光束配置及覆蓋情況如圖8和圖9所示。

對于縱向指示，紅色最外側(cè)的兩燈與黃色最外層兩燈有閃爍效果，提示飛行員下滑側(cè)偏較大；根據(jù)飛行員的視覺習(xí)慣及航空標(biāo)準(zhǔn)，光束閃爍速率在50～120次/分鐘范圍內(nèi)可調(diào)?？傮w覆蓋角度可在較大范圍內(nèi)（大于30°）進行靈活調(diào)節(jié)，一般配置在在1°～5°的范圍即可，中間穩(wěn)定綠色光束可按PAPI燈的下滑指示標(biāo)準(zhǔn)來確定，一般不大于0.5°。

對于橫向指示，左邊紅色最外側(cè)的兩燈與右邊黃色最外層兩燈有閃爍效果，提示飛行員航向側(cè)偏較大；根據(jù)飛行員的視覺習(xí)慣及航空標(biāo)準(zhǔn)，光束閃爍速率在50～120次/分鐘范圍內(nèi)可調(diào)?？傮w覆蓋角度也可進行靈活調(diào)節(jié)，橫向偏差角度范圍較大，可配置為20°，中間穩(wěn)定綠色光束可按跑道寬度與飛機寬度尺寸來確定。

4 指示精度分析

系統(tǒng)引導(dǎo)機理是向飛行員提供反映飛機當(dāng)前高低和方位的偏差量和糾偏速率的光學(xué)指示信號，指導(dǎo)飛行員進行對中操縱。系統(tǒng)的引導(dǎo)精度首先取決于下滑道橫向和縱向的指示光束的精度，而光束指示精度主要由目標(biāo)提取和跟蹤精度決定。

目前較常用的光電探測系統(tǒng)精度均可滿足使用要求，總體跟蹤精度與后端光學(xué)下滑道指示系統(tǒng)精度相配合的，下滑道指示燈的發(fā)散角度要遠(yuǎn)大于總體的跟蹤精度，以滿足光電跟蹤系統(tǒng)跟蹤飛機眼位的同時，飛行員能夠觀察到下滑指示光束，但發(fā)散角度易不能做得太大，若角度大對于光學(xué)指示亮度和霧霾透過效果影響較大，只要滿足在光電跟蹤時，光束能夠覆蓋到飛機整體即可，約為30@。光電跟蹤的總體精度選取在2@左右即可，實際使用中較容易滿足。

影響下滑道指示精度還有指示光束光軸與目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)視場中心的離軸距；指示光束燈箱可制成口徑為100mm左右的尺寸，而光電跟蹤系統(tǒng)口徑則在160mm左右，所以，離軸距約為130mm。此距離相對于引導(dǎo)距離范圍10km～2km來說很小，角度誤差偏差在0.004°（0.22@）對機引導(dǎo)下滑效果的影響可忽略。

從上述分析可以看出，系統(tǒng)總體的下滑道指示精度主要為光電跟蹤部分的精度。對于系統(tǒng)總體引導(dǎo)效果還需要實際飛行試驗驗證，其影響因素主要有飛行氣象條件尤其是能見度條件，飛行員的操作熟練水平以及飛行航線規(guī)劃等。

5 總結(jié)

本文給出了一種新的飛機進近對準(zhǔn)下滑道的解決方法，適用于各類飛機的目視進近著陸引導(dǎo)；該指示方法使飛行員對進近下滑偏差判別更加簡單、明了，可顯著提高輔助著陸正確率，確保飛機進近著陸的安全。系統(tǒng)設(shè)備耗能低、成本低廉，使用簡單，引導(dǎo)和指示精度高，使用后可回收，系統(tǒng)氣象和場景適應(yīng)能力強，適用于各級軍民用機場，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

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光學(xué)動態(tài)捕捉技術(shù)范文第4篇

掃描儀類型 根據(jù)掃描介質(zhì)和用途的不同，大體上分為：平板式掃描儀、名片掃描儀、底片掃描儀、饋紙式掃描儀、文件掃描儀。除此之外還可以分為手持式掃描儀、鼓式掃描儀、筆式掃描儀、實物掃描儀和3D掃描儀。

工作原理 掃描儀主要由光學(xué)部分、機械傳動部分和轉(zhuǎn)換電路部分等三部分組成。掃描儀工作時，首先由光源將光線照在欲輸入的圖稿上，產(chǎn)生表示圖像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光學(xué)系統(tǒng)采集這些光線，將其聚焦在感光器件上，由感光器件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后由電路部分對這些信號進行A/D（Analog/Digital）轉(zhuǎn)換及處理，產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)字信號輸送給計算機。當(dāng)機械傳動機構(gòu)在控制電路的控制下帶動裝有光學(xué)系統(tǒng)和CCD的掃描頭與圖稿進行相對運動，將圖稿全部掃描一遍，一幅完整的圖像就輸入到計算機中去了。

感光器件 是掃描儀的核心部分，主要任務(wù)是完成光電轉(zhuǎn)換。目前的感光器件有四種：電荷藕合元件CCD、接觸式感光器件CIS、光電倍增管PMT和互補金屬氧化物導(dǎo)體CMOS。其中，光電倍增管的生產(chǎn)成本最高且掃描速度很慢，一張圖往往需要幾十分鐘的時間，所以光電倍增管只用在最專業(yè)的鼓式掃描儀上。而CCD和CIS的生產(chǎn)成本相對較低，掃描速度相對較快，掃描效果能滿足大部分工作的需要，所以CCD或CIS的掃描儀已成為許多家用、辦公和SOHO一族的選擇。作為生產(chǎn)成本最低的CMOS器件，由于其掃描成像質(zhì)量的限制，容易出現(xiàn)雜點，所以目前只使用在名片掃描儀上。

CCD Charge Couple Device的縮寫，稱為電荷耦合器件，它是利用微電子技術(shù)制成的表面光電器件，可以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。CCD在攝像機、數(shù)碼相機和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過攝像機中使用的是點陣CCD，即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個方向，y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。

CIS 接觸式感光元件，它與CCD技術(shù)幾乎是同時出現(xiàn)的。CIS一般使用制造光敏電阻的硫化鎘為原料，所以很容易形成一長條陣列，而且成本也只有CCD的1/3。但由于其自身物理特性的原因，CIS各感光單元間的干擾稍大，而且只能貼近稿件掃描。

最大幅面 指的是掃描儀最大的掃描尺寸范圍，這個范圍取決于掃描儀的內(nèi)部機構(gòu)設(shè)計和掃描儀的外部物理尺寸。以平臺式掃描儀為例（掃描幅面與掃描儀的外形尺寸相差不大），A4幅面是最常見的一種，掃描原稿的原始輸入尺寸最大可以是A4（21cm×29.7cm）大小。當(dāng)然，在掃描范圍文本框（直接輸入尺寸數(shù)字或用鼠標(biāo)調(diào)整）中可以自行設(shè)定掃描區(qū)域的大小。

最大分辨率又叫做插值分辨率，它是在相鄰像素之間求出顏色或者灰度的平均值從而增加像素數(shù)的辦法。內(nèi)插算法增加了像素數(shù)，但不能增添真正的圖像細(xì)節(jié)。比如我們掃描一朵花，如果增大光學(xué)分辨率，則可能將花瓣上的脈絡(luò)都看得清楚；而如果只是增大插值分辨率，則只是將已經(jīng)看清楚的部分放大一些而已，無法對細(xì)節(jié)部分進行更進一步的表現(xiàn)。

景深 就是對遠(yuǎn)近不同物體的表現(xiàn)能力。一般來講，如果我們掃描的物體不是平面的，那么必然有些部分離掃描儀工作臺近一些，另一些要遠(yuǎn)一些，景深好的掃描儀，可以將遠(yuǎn)近不同的物體真實還原，其色彩和亮度等都不會有大的改變。一般說來，CCD的景深要比CIS好。

色彩位數(shù) 表示掃描儀在采樣時，它捕捉的每個象素上檢測出的最大顏色或灰階級。從理論上說，色彩位數(shù)增加，可以捕捉到的細(xì)節(jié)數(shù)量增加，密度范圍增加。但是由于采用的CCD品質(zhì)不同，信噪比不同，故此不能一概論之。但對于專業(yè)掃描儀來講，應(yīng)該有對應(yīng)關(guān)系，36位的掃描儀應(yīng)該有3.4D的密度范圍，42位的掃描儀應(yīng)該有3.7D的密度范圍，不然不是真正的色彩位數(shù)。

密度范圍 也稱動態(tài)范圍，表示對透明原稿的光阻能力或?qū)Ψ瓷湓宓墓馕漳芰Α呙鑳x用動態(tài)范圍描述設(shè)備再現(xiàn)色調(diào)細(xì)微變化的能力，表示掃描儀能夠探測到的最淡顏色（DMIN）和最深顏色（DMAX）之間的差值。

OCR 是字符識別軟件的簡稱，它是英文Optical Character Recognition的縮寫，原意是光學(xué)字符識別。它的功能是通過掃描儀等光學(xué)輸入設(shè)備讀取印刷品上的文字圖像信息，利用模式識別的算法，分析文字的形態(tài)特征從而判別不同的字符。中文OCR一般只適合于識別印刷體漢字。使用掃描儀加OCR可以部分地代替鍵盤輸入漢字的功能，是省力快捷的文字輸入方法。

預(yù)掃時間就是掃描儀對所有的掃描面積進行一次快速掃描所需的時間。掃描儀從打開到進行正式掃描，有一段光源預(yù)熱時間，如果是進行長時間連續(xù)掃描作業(yè)，這段預(yù)熱時間似乎可以接受或者忽略不記。但是如果并不是連續(xù)作業(yè)，那么在每次掃描之前都要進行光源預(yù)熱，不僅浪費了大量時間，而且對掃描儀的使用壽命也是一個極大的挑戰(zhàn)。

光學(xué)動態(tài)捕捉技術(shù)范文第5篇

強悍于心靈活于身

NX5R機身小巧，其尺寸（寬x高x深）為176.0x199.5x385.0毫米（含鏡頭罩、大眼罩等配件，不含手柄帶，含突出部分），包含機身、鏡頭罩、NP-770電池在內(nèi)重量僅為2500克，即使是小巧的女性也可以輕松手持拍攝。

NX5R的主要功能按鍵都位于可以輕松觸及的地方，攝像師可以快速、輕松地進行操作。拍攝畫面上可顯示Direct菜單選項，攝像師在拍攝過程中無需將目光從畫面上移開，即可快速、方便地更改拍攝參數(shù)。

相比之前的HXR-NX5的隔行掃描，NX5R采用的是全高清逐行畫面捕捉方式。使得對運動畫面的捕捉更加細(xì)膩和清晰。3CMOS分光成像系統(tǒng)成就了高分辨率、高靈敏度、寬動態(tài)范圍的優(yōu)質(zhì)影像。同時，SONY先進的LSI（具有智能降噪、細(xì)節(jié)還原增強和畸變校正技術(shù)）也提高了畫質(zhì)水平。

看的更遠(yuǎn)看的更清

NX5R采用的索尼高性能G鏡頭，具有28.8mm（相當(dāng)于35mm全畫幅）廣角。對焦環(huán)、變焦環(huán)、光圈環(huán)轉(zhuǎn)動穩(wěn)重順滑，手感極佳，在如此緊湊的機身上做出如此大口徑的控制環(huán)，值得稱贊。NX5R具有3種變焦功能：光學(xué)變焦、清晰影像變焦、數(shù)字變焦。20倍光學(xué)變焦已經(jīng)可以覆蓋大多是拍攝場景，索尼憑借著其超級分辨率技術(shù)，可以將變焦范圍增加至40倍，畫面依然具有優(yōu)異的質(zhì)量。

豐富的接口滿足不同的工作流程

NX5R提供了豐富的專業(yè)接口，新增的3G-SDI可以輸出全高清50P高碼流視頻信號，滿足現(xiàn)場更高質(zhì)量的EFP節(jié)目制作。索尼的HI熱靴可以進行電源和信號連接，并可切換至兼容索尼配件的協(xié)調(diào)開/關(guān)功能。例如，用戶通過它可以連接和控制索尼的無線麥克風(fēng)系統(tǒng)，如UWP-D11或UWP-D12。

NX5R配備的A/B雙介質(zhì)卡槽可兼容SDXC和SDHC卡。記錄模式包括接力模式、同步模式和獨立記錄模式。接力模式在第一個存儲卡已滿時自動將錄制切換至第二個存儲卡；同步模式允許同時錄制到兩個存儲卡中（例如，建備份）。獨立紀(jì)錄是通過手柄和把手上的錄制鍵獨立控制A、B卡槽的記錄。

多種記錄格式多種畫質(zhì)選擇

NX5R新增了先進的XAVC S 50Mbps格式。相對于使用AVCHD和DV格式，XAVC S格式具有高達50Mbps碼率，使用MP4文件格式封裝，不但具有優(yōu)異的畫面質(zhì)量，而且兼容大多數(shù)后期制作軟件。因此拍攝出的畫面細(xì)節(jié)更豐富，噪點也更少。