中波红外高光谱仿真中的辐射影响模型

为提高红外高光谱目标特性仿真的逼真度，提出了一种辐射影响计算模型，用于计算目标周围的建筑物对目标的最终辐射特性的影响。建立了一个虚拟实验场景，设定场景的大气环境为1976年的美国标准大气。在建立的虚拟场景上在中波红外3.0~5.0m范围内以0.01m为步长对目标所受的辐射影响进行了仿真计算，并将辐射影响与太阳辐射、目标自身辐射进行了比较。实验结果显示在中波红外的某些波段范围内，相邻建筑单位面积的辐射影响亮度要高于太阳辐射亮度和目标自身辐射亮度。这表明在图像立方体的某些图像中，辐射影响是成像的最主要的辐射源，证明了多光谱/高光谱仿真情况下该模型的必要性和重要性。通过对仿真结果的分析，确定了建筑表面温度、大气透过率和有效辐射面积是辐射影响因素中的三个关键因素。     

建筑物目标三维红外场景仿真

提出了建筑物目标三维红外场景仿真方法。首先分析了三维场景模型的生成方法,采用软件绘制的方法获取三维场景,并将其加载至OpenGL环境中进一步处理;然后分析了三维红外场景的生成方法,对辐射源进行三维模拟,建立红外成像模型,得到目标表面红外辐射特性;最后模拟红外热像仪生成目标三维红外场景,给出了仿真结果和温度对比曲线。实验结果表明,仿真图像真实地反映了建筑物目标的红外辐射特性,各部分温度与实测温度变化规律基本一致。本文所述仿真方法切实可行,达到了场景仿真的效果。     

基于JRM的战场环境红外图像实时生成

为了满足新一代红外成像目标仿真系统的性能需求,生成逼真的战场环境红外图像供红外成像制导武器进行半实物仿真试验,研究了一种基于JRM的战场环境红外图像生成方法。首先利用3DSMAX建立目标的三维模型,并从导引头视场需求出发,结合目标地区的卫星影像数据与高程数据建立背景区域的三维模型;然后利用JRM的GenesisMC工具、SigSim工具和SenSim工具分别对物理材质特性及目标热源、场景红外特性、传感器特性进行建模;最后使用OSV工具实时渲染生成红外图像。实验结果表明,该方法可满足红外成像目标仿真系统的红外图像实时生成要求,具有灵活性强,效果良好等优点。     

涂层表面激光散射特性的实验测量及优化建模

运用双向反射分布函数测量系统在特定激光波长下(1.06μm)对涂层目标样片进行实验测量,根据样片的BRDF实验数据,将遗传模拟退火算法应用于目标表面BRDF统计模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数,并在此基础上获得上述样片BRDF的三维分布.同时比较了模型中考虑遮蔽因素与不考虑遮蔽情况下进行参数反演所得到的均方误差,反映了遮蔽效应对涂层目标表面光散射特性的影响.     

高分辨率卫星海洋背景成像仿真方法

海洋背景的仿真是海面目标场景仿真的关键环节,是海洋目标-背景耦合作用模拟的重要基础,决定了仿真图像中目标与背景差异特征的正确性和真实性。高分辨率遥感成像下,海面细节特征突显,以往视海表为均匀辐射面的处理方法给高分辨率海洋场景仿真造成较大误差。重点研究了海面三维形态、多组分分布与海水方向反射特性的耦合作用和辐射模型,提出了海面高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型,根据海面组分分布的不同及不同位置海面法向的不同,修正了低分辨率下的海洋BRDF模型,使其满足高分辨率卫星图像的仿真应用,计算出不同组分的海面的方向反射数据,并将其与海面三维模型关联,构建了亚米级海面三维辐射模型,通过光线追踪方法建立海面零视距辐射场,并经过大气影响和传感器效应,模拟不同海况条件下卫星遥感图像。结果表明:将ZY3-02卫星实测海面图像与相同成像条件下的仿真图像对比,图像均值的误差为3.7%,标准差误差为9.9%,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋背景。     

基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真

仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪模型确定红外高光反射现象中起主要贡献的光线,减少计算量;同时,为了解决传统方法仅应用反射率进行仿真带来的真实感不强的问题,引入BRDF计算红外辐射反射分量,提高红外高光现象仿真的真实感。实验结果表明,本文方法通过将光线跟踪模型与双向反射分布函数相结合实现了红外仿真中真实感和计算量的统一,为红外高光反射现象仿真提供了新思路。     

地球临边场景红外遥感成像仿真方法

地球临边场景仿真是卫星红外探测领域的关键组成部分,是空中高速目标远距离探测场景模拟的重要基础。临边观测下的地球表面近似于球面,传统的基于海洋三维形态并计算表面辐射特性的海洋红外图像仿真方法不适用。云层的厚度和高度对红外辐射传输特性的计算有重要影响,视云层为粒子团的处理方法会大大降低仿真的计算速度。因此,研究了海洋和云的红外辐射模型、地球-空间坐标系与红外相机坐标系的转换关系和大气传输模型,提出地球临边场景红外遥感成像仿真方法。根据场景组分的差异,分别建立海洋分布模型、多层云分布模型,并根据海洋和云层的红外辐射与反射特性,构建地球临边场景红外辐射模型。通过地球-空间坐标系与相机坐标系的转换关系,利用大气传输理论和传感器效应仿真,计算各观测角度的地球临边场景卫星遥感红外仿真图像。实验结果表明:仿真得到的红外图像画质清晰,符合地球临边场景红外辐射特性,其平均拉普拉斯算子和可达0.15,平均灰度梯度可达0.70。     

反舰导弹红外成像制导系统目标/背景动态红外图像仿真的新思路

文中介绍了海洋作战环境下动态红外图像仿真的一种新思路。利用红外辐射的传播遵循几何光学传播原理的特性，通过对场景中红外辐射源的分析将场景中物体的几何模型、红外辐射在传播过程中的衰减和几何光学的方法相结合，建立了场景中等效辐射源模型。生成红外图像时，利用光线跟踪算法计算从等铲辐射源发出的辐射经过场景中多次反射后最后到达成像面上辐射值，然后，利用物体的运动特性生成红外图像序列，形成仿真的动态红外图像。辐     

红外多目标图像生成技术研究

红外多目标图像的仿真,是在对多目标运动关系、红外景物辐射、大气传输、目标红外特性、目标三维特性及噪声仿真深入研究的基础上,抽象出简化的图像生成模型;包括运动模型化、目标模型化、几何变换、红外仿真、扫描填充和噪声仿真几部分。最后将整个研究工作放在微机图像处理环境中,应用实际目标的红外特性,建立了多个运动目标的能够满足实时性要求的红外图像生成系统。     

基于图像合成的红外点目标图像生成方法研究

本文提出了一种红外图像仿真方法.首先对目标在探测波段内的辐射强度的组成和光谱分布特点进行了分析,并对目标的辐射强度、光谱分布和运动等特征量进行了模拟.然后根据大气和成像系统的调制传递函数建立了相应的大气效应模型和成像系统效应模型.最后根据红外成像原理并结合探测器参数,将目标的仿真模型与实拍的背景红外图像通过图像合成算法进行融合,从而实现了目标与场景的快速生成.该方法通过理论数据和实验数据的结合,提高了场景的可靠性,对于测试和评价红外搜索跟踪系统具有一定的参考价值.     

红外多光谱仿真中的建筑物间辐射影响研究

为了对建筑物间相互辐射影响的重要性进行评估,为多光谱仿真方法和ATR算法的研究提供理论支持,在3~5 m和8~12 m两个波段分别进行了研究,并建立了建筑物间相互辐射影响的计算模型。当存在太阳直接辐射时,建筑物相互间的辐射影响在3~5 m波段可以忽略不计,而在8~12 m波段相互影响明显,不能被忽略。建立了有两个冷却塔的虚拟场景,选取了8、9、10、11、12 m为研究波长,针对冷却塔间的相互辐射影响进行了数值模拟计算,其中8、9、10 m三个波长的相互辐射影响较大,超过了总体辐射能量的10%,而11 m和12 m相对较小。对冷却塔间的辐射影响进行了场景仿真,仿真结果体现了不同波长的辐射影响随辐射距离的变化情况。     

基于可见光光谱图像的红外多光谱图像仿真生成

阐述了红外多光谱图像仿真技术的意义和原理,研究了一种红外多光谱图像的仿真生成方法.提出了一种基于可见光/近红外波段多光谱、超光谱图像数据的地面场景建模方法,以及无监督分类方法和有监督分类方法相结合的地物像元分类、匹配、标记的策略,可以高效地解决像元地物自动匹配标记的问题.利用RGB彩色图像验证了这一方法,在将图像分割后为每类像元赋予相应的红外发射率数值,生成了4个红外波段的多光谱仿真图像,验证了该方法的可行性,指出了多光谱、超光谱图像数据在仿真应用中的各自特点.从仿真结果可以看出:不同波段图像中目标和背景之间呈现不同的特征.该方法可以生成空间形貌和辐射特征接近真实环境的红外多光谱仿真图像,对长波红外波段的多光谱成像探测仪器的研制和目标、背景光谱特征分析与探测算法的研究具有一定意义.     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

地面坦克目标红外仿真方法研究

红外视景仿真目前已成为红外成像制导武器设计和评估的一种重要方法。在分析红外成像原理的基础上,提出了一种基于OpenGL的地面坦克目标实时红外视景仿真方法,并编制了仿真程序软件。首先,利用OpenGL建立可见光场景,并使用ANSYS软件构建该场景的温度场模型;其次,考虑模型和视点间的大气衰减作用,利用Modtran软件建立大气衰减模型;最后,对模型各部分到达探测器表面的红外辐射强度进行灰度量化处理,实现可见光场景的实时渲染,得到对应的红外仿真图像。仿真结果表明,该系统提高了计算目标红外辐射分布的实时性和便捷性,能够实时生成不同波段、不同大气环境下的红外图像。     

基于OGRE的海面舰船目标红外仿真方法

海面舰船目标是维护我国海洋权益、保卫主权的重点防范目标。本文提出基于OGRE的海面舰船目标红外仿真方法,该方法在对海面舰船目标三维建模的基础上,利用 OGRE渲染引擎实现不同成像条件下的红外仿真和场景漫游功能。首先,建立舰船目标三维几何模型,将其划分为不同区域,建立目标红外辐射温度计算模型,生成舰船各部分红外纹理。然后,考虑大气衰减效应,生成DDS格式的大气透过率和大气辐射纹理。最后将各类纹理传至OGRE渲染机制,完成场景渲染及漫游功能。对不同时间和不同视距下的舰船目标进行红外仿真,结果表明该方法能够生成不同成像条件下的三维红外场景,满足实时性要求,具有一定的应用价值。     

不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

核驱动BRDF模型RossThick-LiSparseR与RossThick-LiTransitN 的分析

RossThick-LiSparseR模型和RossThick-LiTransitN模型是两种具有代表性的核驱动模型,可以较好地描述地表的方向反射特性。以大豆地、果园、草地、阔叶林和玉米地五种地物为研究对象,采用变分正则化方法,反演得到了红色波段及近红外波段最优的双向反射分布函数（BRDF）模型参数。对比反演结果,分析了两种模型在不同条件下的优势。结果表明,在红色波段和近红外波段,RossThick-LiSparseR模型的数据拟合能力比较强,反演结果更接近真实值,且稳定性高;两种模型在反演黑空反照率上有相同的优势。