空中目标红外辐射特性计算与实时仿真

飞机红外仿真图像是空中目标红外识别算法的重要数据源,为改进飞机红外仿真效果并提高仿真实时性,在细节部分修正了现有红外计算方法并搭建了仿真平台。首先,全面分析了影响飞机红外辐射特性的因素,基于黑体辐射理论建立了蒙皮、尾喷管、尾焰、蒙皮对环境辐射反射的红外计算模型,修正了蒙皮温度和飞行速度这两个影响因素的计算方法;其次,基于VS2005 C++和三维渲染引擎OpenSceneGraph(OSG)搭建了一套仿真平台,该系统能动态改变飞机红外效果,实时生成飞机红外图像。实验结果表明:红外计算结果更精确,可以为空中目标红外识别算法提供数据;单目标仿真速率在100帧/s以上,满足实时仿真的要求。     

飞机蒙皮红外辐射的瞬态温度场分析

飞机蒙皮温度场是形成飞机红外图像的基本因素,掌握其瞬态分布特性与控制机制对于飞机相关的红外技术有重要帮助.通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括飞机内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的瞬态耦合传热数理模型.引入壁面热流函数,将蒙皮外部热环境与飞机内部换热进行解耦计算,采用热网络法与蒙特卡罗法进行飞机内部传热分析,利用FLUENT软件进行蒙皮外气动对流换热模拟,建立了飞机蒙皮瞬态温度场的数值方法.通过模拟计算,获得了不同飞行状况下飞机蒙皮的瞬态温度场,分析了相关因素的影响.     

空中目标的红外图像生成

提出了空中的红外图像生成方法,首先是空中目标的几何建模及其网格化,然后据飞机空气动力学和传热不原理提出了空中目标几种蒙皮（单层蒙皮、内有同蒙皮、发动机影响区蒙皮）的热平衡方程,然后以超音速飞机为例,介绍了方程的求解过程,最后给出了计算机的仿真结果及分析。     

飞机的红外图像仿真

飞机在高空高速的条件下飞行时,红外图像的获取通常较为困难。为解决这一问题,将整机辐射分解为机体辐射与排气系统辐射两大部分,以经典红外辐射理论为基础,结合传热学及射流动力学工程模型,建立了一种实时性较好的飞机红外图像生成模型。在求解蒙皮表面温度场时,采用求解热平衡方程法,综合考虑气动加热、内热源加热、环境辐射热量与蒙皮向外辐射热量对蒙皮温度的作用。计算排气系统红外辐射时,采用基于包络面的红外辐射计算方法,将尾焰流场计算的工程模型、包络面模型及非均匀气体计算模型相结合。最后利用VC++平台与OpenGL图形库编程生成了飞机的红外图像。仿真图像为成像制导武器的仿真提供了目标源,在成像制导武器系统的评估测试中有一定参考价值。     

飞机整机蒙皮自身红外辐射特性建模与分析

针对飞机整机蒙皮自身辐射特性计算的问题提出一个方法,通过对飞机三维图像建立网格、划分面元,对面元进行可视性判断及空间遮挡判断,建立求解飞机表面复杂几何外形的红外辐射模型。研究了发射率为0.7、0.8、0.9、1.0及马赫数为1.2、1.4、1.6条件下整机表面前向水平面和侧向垂直平面内的长波红外辐射强度分布,比较了飞机主要部件在观测方向上红外辐射强度所占的比重。结果表明蒙皮表面发射率与各观测方向的红外辐射强度在8～12μm波段内呈线性关系,飞行状态改变引起蒙皮温度的变化对红外辐射强度有明显影响。飞机各部件中,机身、垂尾、机头在前向观测方向上辐射强度占比重较大,机身、机翼、垂尾在正侧向观测方向上辐射强度占比重较大。计算结果对飞机红外隐身设计具有一定的指导意义。     

动态红外图像仿真研究

本文研究了飞机目标动态红外图像仿真技术。分析了飞机目标红外辐射特性,包括发动机、尾焰、尾喷口及飞机蒙皮的辐射计算方法。应用LOWTRA7软件包进行了目标和背景的动态图像仿真计算,可以为制导和火力控制提供仿真的红外动态图像。     

一种飞行器蒙皮红外辐射图像生成方法

提出了一种实用的飞行器蒙皮红外辐射图像生成方法。首先是飞行器的几何建模与网格化并通过建立控制方程求解蒙皮温度场;其次,通过飞行器蒙皮红外辐射各单元面按深度排序后依次投影,实现了数据从三维空间到二维平面的转换,生成了各个角度的飞行器蒙皮温度分布图,进而计算辐射亮度并进行规格化处理。利用图像表达方式,实现飞行器蒙皮红外波段辐射亮度成像。实验证明,该方法简单实用,为研究飞行器蒙皮红外辐射分布提供了有效的表现形式。     

发射率对飞机蒙皮温度及红外辐射特性的影响

建立了某型飞机的简化几何模型,并设置了飞机的飞行航迹。综合考虑了太阳辐射、地球辐射、大气辐射和气动加热的多种因素,结合飞机蒙皮材料物理特性,针对涂覆三种不同发射率的隐身涂层蒙皮建立了导热物理模型,采用一维导热方程计算了飞机在12:00~12:45时间段飞行时不同发射率的蒙皮表面的温度分布。最后综合考虑了环境辐射的影响,分别对具有不同发射率的飞机蒙皮3~5 m和8~14 m两个波段的红外辐射强度进行了数值计算。结果表明:随着蒙皮发射率的减小,在一定程度上能降低蒙皮在8~14 m波段的红外辐射强度,但是因环境因素的影响,仅仅通过降低蒙皮发射率,飞机红外隐身的效果并不理想。     

近程红外成像探测器光电转移计算方法

描述了近程红外成像探测器的图像生成机理,提出了红外成像探测器光电转换的计算方法,其中包括探测器对飞机蒙皮的角系数计算方法和如何去解决图像边缘弱化问题,从而可得到红外图像的灰度分布情况。最后通过计算机仿真,得到了几个有益的结论。     

近程红外成像探测器光电转换计算方法

描述了近程红外成像探测器的图象生成机理 ,提出了红外成像探测器光电转换的计算方法 ,其中包括探测器对飞机蒙皮的角系数计算方法和如何去解决图像边缘弱化问题 ,从而可得到红外图像的灰度分布情况。最后通过计算机仿真 ,得到了几个有益的结论。     

基于分形特征的红外图像识别方法

文中首先对红外图像进行预处理,然后根据分形理论提取了红外图像的９种分形特征,用神经网络进行目标识别。这９种分形特征包括基于分形维数的特征,基于Ｈｕｒｓｔ指数的分形特征和基于缝隙的分形特征。最后进行了计算机仿真实验,实验表明基于分形特征红外图像识别方法是可行的,并取得了较好的结果。     

飞机全向红外辐射特征研究

正确研究飞机全向红外辐射特征是对飞机进行红外探测和跟踪的基础。文章根据红外辐射基本理论,通过建立飞机全向红外辐射坐标系和对飞机三个主要辐射源(蒙皮、尾焰和喷管)红外辐射计算方法的分析,构建了飞机全向红外辐射强度的理论计算模型,该模型解决了不同探测方向上的飞机红外辐射强度的计算。最后,利用此模型计算了3～5微米和8～12微米两个波段的某飞机全向红外辐射强度,并对仿真结果进行了分析,分析结果表明了理论模型的正确性。     

基于非负矩阵分解和红外特征的图像融合方法

针对传统图像融合方法鲁棒性较差的缺点,提出了一种基于非负矩阵分解和红外特征的图像融合方法,实现源图像的目标区域和背景区域分别融合.首先将源图像作为原始数据进行非负矩阵分解得到特征基图像,特征基图像包含了源图像的整体特征;利用红外图像目标与背景灰度显著差异,通过区域生长方法从红外图像提取目标区域,将红外目标区域与特征基图像背景区域相融合得到融合图像.实验结果表明,该方法不仅简单易行,而且在保留了可见光的高空间分辨率和纹理细节信息同时,突出了红外图像对热目标敏感特点,提高了图像的可判读性.     

基于高斯型点扩展函数的红外图像热源复原

为了复原红外图像的热源,采用高斯点扩展函数的方法来增强热源的清晰度和对比度。首先,确定热源图像的高斯点扩展函数,建立其退化模型;然后,采用维纳滤波的方法复原红外图像中的热源,对复原图像通过YIQ变换来复原其温度场彩色信息;最后,通过边缘锐度和标准差评价分析热源复原的质量,并与盲复原算法对比。结果表明,边缘锐度边缘锐度和标准差分别提高了0.502%和0.124%。基于高斯型点扩展函数的方法对红外图像的热源复原具有明显的效果。     

直升飞机近区红外辐射特性测试技术研究

首先介绍了直升飞机发动机结构的特点,工作原理和直升机红外辐射特性,进而根据武装直升机的空战特点和导弹与目标的引战配合要求,简要介绍了速度－空间－时间坐标系统（ＳＫＳ）模型。文中还详细分析了地面模拟测试的理论根据和测试轨道的铺设原理,从而探索研究出了一套对直升机的近场红外辐射的测试方法,并通过对比分析,证明了该方法的可行性和可使用性。     

基于VGG网络的双波段图像融合方法

针对红外与可见光图像中物体信息具有各自优点的情况,提出了基于VGG网络的红外与可见光图像融合方法来提高对夜间或复杂背景情况下的物体检测识别能力。首先将图像分别输入到一个经过训练得到的VGG网络中,经过不同的卷积层提取各自的特征图;然后将特征图经过ZCA白化处理,去除冗余信息;再通过归一化处理,将特征图的维度降到二维,并通过双三次插值法将其缩放到与源图像尺寸一致;最后通过加权取平均得到融合后的图像。实验结果表明,本文的方法在第四和第五层卷积得到的融合结果优于前三层的融合结果。同时,本文融合方法与其他3种融合方法相比视觉效果较好,在标准差、平均梯度、相关系数、熵值等评价指标上分别平均提升了12.79 %、11.04 %、9.94 %和2.54 %,并且在融合时间上保持在1秒以内。这说明该方法融合效果较好,速度较快,能够较多地保留红外与可见光图像信息和较好地提升目标的显著性。     

飞机红外辐射建模与仿真

基于红外辐射有关理论,建立了飞机红外辐射强度的理论计算模型.该模型实现了在不同状态、不同观测角度条件下飞机红外辐射强度的计算.最后,利用上述模型对某型飞机红外辐射强度进行仿真,并对仿真结果作了分析.     

基于多尺度和注意力模型的红外与可见光图像融合

针对红外与可见光图像在融合后容易出现伪影,小目标轮廓不清晰等问题,提出一种基于多尺度特征与注意力模型相结合的红外与可见光图像融合算法。通过5次下采样提取源图像不同尺度的特征图,再将同一尺度的红外与可见光特征图输入到基于注意力模型的融合层,获得增强的融合特征图。最后把小尺度的融合特征图进行5次上采样,再与上采样后同一尺度的特征图相加,直到与源图像尺度一致,实现对特征图的多尺度融合。实验对比不同融合框架下融合图像的熵、标准差、互信息量、边缘保持度、小波特征互信息、视觉信息保真度以及融合效率,本文方法在多数指标上优于对比算法,且融合图像目标细节明显轮廓清晰。     

基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法

针对传统红外视景仿真中红外纹理生成效果生硬,真实感欠缺的问题,提出了一种基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法。该方法以实测红外图像为数据源,模拟红外成像机理构建红外成像链路模型,解耦环境影响因素得到红外图像各像素点对应的温度值,通过建立的目标表面热平衡方程和一阶导热方程求解实测与仿真时刻表面温度均值,利用各点温度与实测时刻均值温度的差值求得表面温差扰动,最后对仿真时刻均值温度进行温差补偿,得到表面的预测温度分布,并将计算出的辐亮度数据存储为DDS(Direct Draw Surface)纹理格式,以提高纹理生成的实时性。实验结果表明,该方法充分考虑到真实红外数据源的可靠性,同时兼顾红外纹理生成效率,在红外视景仿真中具有较好的工程实用价值。