《场景红外成像仿真原理和应用(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《场景红外成像仿真原理和应用(1)（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、收稿日期： !“! # $ # “%第 !$ 卷第 $ 期计算机仿真!“） 对于高空目标 （接近或外层空间）#$ %“ 1(5-)+*（!）“?.0=“678“0,-3“?-.+“9/.*:（!）; 1*:)-3.（!）“（“ 678）“9/.*:（!）; 1/.*:（!）“（“ 9/.*:（!） ）其中： 1./.-)0*（!） 是到达探测器表面的辐射；1()* )+*,-是在探测器成像面上的辐射；A （!） 是探测器的光谱响应； 1.345)0*（!） 是目标表面的环境辐射；1(5-)+*（!） 是太阳 （或月亮） 辐射；1*:)-3.（!） 是与目标表面等温的黑体辐射；1/.*:（!）
2、是目标与红外探测器之间的路径辐射；678 是目标表面的漫反射系数；9/.*:（!） 是目标与探测器表面的大气透射比；.0= 是太阳 （或月亮） 光线与目标成像面法线间的夹角；?-.+是目标表面的镜面反射比；?.0=是目标表面镜面反射的角度依赖关系；0,-3 是镜面反射的归一化系数；在公式 （） 中， 对于波长大于 $ 微米的红外图像仿真， 可以忽略公式中右边前两项。从公式可知辐射度与大气透射率的计算涉及太阳 （月亮）的方位、 场景的方位、 探测器的方位、 大气对辐射传输的性质和场景材料 1.345)0*（!） ， 1(5-)+*（!） 由探测器到场景表面的距离、探测器海拔高度、 视线仰角和直射
3、源仰角决定， 实时红外图像仿真中这些量只在每幅图像对图像中心计算一次， 然后利用线性内插的方法计算各象元的 1.345)0*（!） ， 1(5-)+*（!） ； 1*:)-3.（!） 由斯蒂芬 玻耳兹曼定律计算与目标表面同温的黑体辐射； 9/.*:（!） ， 1/.*:（!） 由探测器至场景表面的距离、 探测器海拔高度、 视线仰角、 直射源仰角， 直射源和探测器的方位角决定， 在实时图像仿真中只需对每幅图像的中心视线计算一次， 其它象元的 9/.*:（!） ， 1/.*:（!） 根据探测器至其它象元的距离利用指数外推法进行计算。以上这些量的计算要用到大气传输模型， 可通过提供参数由大气传输模型
4、软件来计算完成。“红外仿真的过程以上介绍的是红外成像的仿真原理， 根据生成红外图像的特点， 设计实时红外景象生成器的过程如下：BC图 !仿真流程图!） 场景建模红外场景建模应该包括以下四个方面：!建立对象库。建立对象库是为场景 建模服务的， 对象库提供各种常见目标与背景的几何模型、 各种材料与纹理。“建立物理特性库。物理特性库应包 括对象库中各种材料的光谱反射和吸收特性及热特性， 为热辐射的计算提供材料的物理特性数据。#建立大气传输模型。对于红外成像， 需要知道大气透射率、 大气辐射、 太阳 （或月亮） 的辐射、 红外窗等。它应该包括地理位置、 季节、 时间、 气候条件、 天气情况、 大气湿度
5、、 可见度及大气温度等参数。$场景建模。建立场景中的各种物体的三维模型。包 括背景以及各种动态及静态目标的三维模型。建模中， 还要设定具体天气情况、 星历模型以及观察者的位置及状态， 设定物体的纹理、 材料物理特性、 辐射率、 温度分布等等。“） 计算红外辐射强度根据已建立的大气传输模型和场景模型以及场景构成材料的物理特性， 计算探测器上所接收到的红外辐射强度。#） 形成灰度等级得到在探测器成像面上对应像元的辐射亮度， 但不是最终的结果， 数字图像反映的是灰度值， 因此在这一部分必须把辐射亮度转化为灰度等级， 这是个量化的过程。按照将最大的辐射度对应于 “$， 最小的对应于 % 的原则生成一个
6、灰度图像。+*?(,.A 0= 文件，在仿真中， 可以有多个 0= 文件5()*+,-.*.+) 读取50= 文件，直接使用预先计算的这些参数加速仿真速度， 进行实时仿真；#） 然后利用 ? A+?A?A.2： ?DI+ICO I+O9+NC； ?DI+ICO 9G+=C； E9GA-+,9:*!“场景红外成像仿真原理和应用场景红外成像仿真原理和应用作者：姚涛， 李一凡 作者单位：中科院沈阳自动化所,辽宁,沈阳,110016 刊名：计算机仿真 英文刊名：COMPUTER SIMULATION 年，卷(期)：2004，21(1) 被引用次数：13次参考文献(4条)参考文献(4条)1.桑梓勤 天气
7、怎样影响成像期刊论文-红外与激光工程 1999(03)2.张敬贤 激光与红外成像技术 19953.徐南容 红外辐射与制导 19974.王学伟 飞行目标动态红外图像的计算机生成 1999(02)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 石磊.华祖耀.饶颖.SHI Lei.HUA Zu-yao.RAO Ying 飞机红外辐射图像仿真研究 -计算机仿真2007,24(10)为研制火控雷达红外子系统训练模拟器,必须对飞机的红外辐射现象进行仿真研究,创建飞机与雷达的对抗环境,从而实现对抗训练.文章阐述了红外 仿真的思想,采用3DSMax软件对飞机几何建模,以飞机典型部位的红外辐射特征为对象,通过
8、输入飞机及大气的相关参数,对飞机的零视距离红外辐射出射 度、大气透射率以及灰度值进行计算;以面向对象技术设计了仿真对象、类和人机接口,编程生成了飞机的红外仿真图像;通过对飞机三维可见光模型和典 型频段的红外仿真图像进行分析,结果表明飞机红外辐射仿真图像能够满足某火控雷达训练模拟器研制的需要,对装备训练模拟器开发有一定参考价值.2.学位论文 郭光磊 空间目标红外图像仿真系统的研究 2009随着科技的发展，特别是军用航天技术的发展，对目标的探测、跟踪与识别等空间技术的研究，尤其是对空间目标红外辐射图像的研究显得十分重 要。卫星红外辐射图像仿真系统的研究不仅可为红外成像系统的论证、研制提供必不可少的
9、数据，而且还可为卫星红外隐身设计提供理论依据，提高卫 星红外隐身效果。本文以空间目标红外图像仿真系统为研究对象，把目标卫星简化为主体和太阳能帆板两个部分，建立了卫星表面温度计算模型，计算得到了日照区 卫星本体和太阳能帆板表面的温度，并给出了卫星进入地球阴影处的温度变化模型。分析了影响卫星红外辐射特性的因素，计算影响空间目标红外辐射 特性的各部分分量，从而得到目标卫星的红外光谱特性。对红外目标图像的建模与生成进行了详细的研究，主要内容有目标的红外辐射建模与仿真，用3DS MAX进行目标的几何建模，对模型文件的读取，目 标的三维场景绘制，目标三维场景的渲染，红外目标图像的生成和保存。本文以wind
10、ows NT的OpenGL图形库为核心，以Visual C+6.0为编程环境，用软 件编程生成了目标的红外仿真灰度图像。基于上述理论与建模设计，开发了红外目标图像生成软件，本软件是以Visual C+6.0为开发环境开发的Windows应用软件，其界面简洁、交互性好 。仿真结果表明：无论是日照区还是地球阴影区，卫星主体散热面的红外辐射都较强，卫星日照区的红外辐射强度明显大于地球阴影区的红外辐射强度 。3.期刊论文 张伟清.宣益民.韩玉阁.ZHANG Wei-qing.XUAN Yi-min.HAN Yu-ge 全球海洋表面红外图像的计算机模拟 -红外技术2006,28(3)首先利用计算传热学计
11、算得到海洋表面温度,然后根据红外辐射成像理论,建立全球海洋表面红外辐射亮度模型,利用海洋表面红外辐射亮度模型的计 算结果,采用OpenGL实现了全球海洋表面红外图像的三维实时显示.结果表明,模拟得到的红外图像较真实的反映了全球海洋表面的红外辐射特性,效果逼 真,不仅可以用于海洋背景下的目标识别与跟踪,而且还可以用于各种海上红外制导武器的研制,具有重要实际应用价值.4.学位论文 卢清鹏 地面目标对太阳红外辐射反射的模拟 2007本文根据红外成像的物理过程，分析了太阳的红外辐射特性，利用太阳常数和大气参数计算得出了照射到地面的太阳辐照度；分析了材料的光学反 射特性，利用双向反射分布函数计算得出了目
12、标表面的反射系数；分析了大气的红外传输特性，利用MODTRAN大气软件计算得到了大气的传输数据。本文 借鉴传统的场景仿真的原理和方法，提出了一种在红外图像实时生成过程中模拟目标反射太阳辐射的方法。利用可编程流水线技术，本文编程实现了对目标反射太阳辐射的模拟计算，得出了最终的红外辐射图像。在图像生成过程中，还引入了目标的自阴 影计算，使得计算结果更加准确。最后，对不同条件下生成的红外辐射图像进行了分析。5.期刊论文 王渊 红外图像光学特征仿真系统的研究 -红外2005,“(1)文章从图像处理仿真系统出发,首先介绍了图像处理对仿真系统的要求,接着对红外图像处理仿真系统的构成进行了分析,然后利用理论
13、模型对仿真系 统的光学特性仿真部分,也即目标与背景的红外辐射特征进行了计算,生成了目标与背景的红外热图像.试验结果表明,本文提出的红外图像仿真系统能满 足红外目标识别算法评价的要求,有利于提高红外目标识别算法研究的速度和识别算法的稳定性.6.学位论文 郝治国 红外动态图像实时生成技术研究 2006利用计算机的强大建模功能模拟生成红外场景，已经成为红外视景仿真领域中的重要研究课题之一。视景仿真技术结合了当今科学技术中多种现代 化尖端手段，极大地拓展了人类的视野和能力，在科学技术领域起到了极其重要的作用。动态红外图像的计算机生成技术既可以降低武器系统的研制成 本、缩短研制周期，又能提高整个系统的效
14、费比，从而为红外成像制导导弹的性能鉴定提供了快速、经济且有效的手段，使其具有重要的理论意义和广 泛的应用前景。本文论述了红外成像制导导弹跟踪并攻击飞机目标的仿真过程，对飞机目标利用MultigenCreator进行三维建模，使用Vega+MFC进行视景 驱动及带有红外特征的动态图像的生成，并转化成AVI格式。本文详细介绍了红外视景仿真的开发环境，包括底层的三维图形应用程序接口OpenGL和高层的MultigenCreator3D建模环境、实时应用开发软件 Vega(包括SensorVision和SensorWorks模块)。按照目标的几何尺寸建立了目标的LOD细节层次几何模型。根据飞机和导弹的
15、运动规律建立了运动模型。 分析了影响目标红外辐射的因素，给出了包括尾焰、尾喷管、蒙皮以及机身反射的红外辐射模型。本文分析了红外辐射在大气中的衰减，总结出了大气透射比的工程计算方法。接下来论述了动态生成红外图像的设计思路和实现方法。最后，简要论述了红外视频图像的处理，包括灰度图像的缩放处理、视频图像的帧间插值。本文的研究在红外成像制导仿真工作中有着重要的实际 意义，生成的红外目标图像逼真，大大提高了红外图像的生成速度，更好地满足了红外成像制导仿真高速、实时性的要求。论文的研究方法和采用的关 键技术，对今后开展红外目标图像的动态仿真生成研究具有参考价值。7.期刊论文 钟胜.张天序.桑农.沈俊 从因
16、AGC受损的红外图像中计算点源能量比 -系统工程与电子技术2003,25(9)通过分析光学系统的特性,利用点扩展函数,提出了用图像斑点的几何尺寸推算红外点源辐射强度比的方法.通过本方法对多帧因自动增益控制和成像 设备饱和而受损的红外图像分析表明,红外辐射强度比的计算值和理论值是吻合的,证明了该方法的有效性.8.学位论文 张雷 双波段红外图像目标特性分析及其融合方法研究 2007图像融合技术弥补了单一传感器的不足，具有大幅提高系统的探测性能、提高系统的自动化程度、降低系统的整体成本、提高探测识别的客观性和 正确性等优点，因此图像融合成为现在一个研究的热点，对于双波段图像融合来讲为了达到比较好的融合效果，首先是要分析目标辐射特性、辐射传输 特性、成像特性和图像特征等在不同波段的异同，在此基础上研究图像融合算法，利用互补信息和冗余信息来增强图像融合效果，才能取得好的融合效 果，使融合具有针对性。本文首先主要研究了目标特性分析中所需要的红外辐射基本理论，在红外辐射理论研究的基础上，研究了目标背景辐射传输特性，对目标背景辐
