前视末制导地面目标红外场景生成算法研究

提出了一种基于遥感信息的前视末制导地面目标红外场景生成方法。首先,利用遥感信息生成目标区域可见光三维场景,作为场景仿真的基础模型;然后,通过建立目标及背景的温度模型、红外温度-辐射模型,计算出目标及背景的红外辐射值,针对仿真目标区域的特点进行建模仿真。最后,采用了一种基于可见光纹理的背景真实感合成方法,增强场景的仿真效果。通过对比实测温度和红外实时图以及灰度相关匹配实验,结果表明,本文方法真实地反映了目标区红外辐射变化规律,具有较好的逼真程度。     

基于ANSYS的目标红外特性建模与仿真方法

目标红外仿真建模是实时红外场景仿真的关键部分。为了快速准确的建立目标红外仿真模型,提出一种结合CAD 技术和有限元热分析的目标红外特性通用仿真方法。首先对目标的红外特性进行理论分析。然后使用Solidworks 对目标进行几何建模;将目标模型导入ANSYS 进行有限元热分析;利用热分析获得目标的节点温度点云数据与节点拓扑结构,在仿真软件系统中重建目标的三维红外辐射场分布,并获得了目标的红外目标辐射特征结果。分析结果表明,仿真模型能够很好地逼近实测数据,有效地模拟仿真目标的红外辐射特征。     

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。     

基于OpenFlight API的建筑物场景自动建模及红外仿真

针对建筑物场景红外仿真真实性差、对国外软件依赖性强的现状,提出了一种新的适用于大规模建筑物场景自动建模及红外仿真的方法。该方法利用Google Earth提供的高分辨率航片中的阴影和地形信息,结合OpenFlight API自动建立建筑物场景三维模型,解决了数字高程数据、楼层数据缺失条件下的建模难题;通过对航片中不同城市地物的分割建立材质标号图像,利用理论分析的方法建立了建筑物场景中不同地物的红外辐射特征方程,离线生成了零视距红外纹理,并增加大气以及探测器作用效果,提高了红外场景的描述细节和真实性。     

草地的红外纹理建模与真实感绘制方法

纹理是使图像具有视觉真实感的重要因素,红外纹理生成是场景红外成像仿真的重要组成部分,也是真实感场景仿真的迫切需求。以在图像平面直接生成具有真实感的景物红外纹理图像为目标,提出了一种草地的红外纹理建模与真实感绘制方法,从模拟组分温度分布和空间结构形态两方面开展研究。首先,考虑土壤-植被-大气间的热交换过程,建立红外辐射的耦合求解模型;其次,构建各组分的空间分布模式;最后,将已经求解的红外辐射数据映射到图像空间,生成具有真实感的红外纹理图像。对近距离或放大状态下草地红外纹理的视觉效果进行了模拟,理论分析和仿真结果表明:所提出的红外纹理模拟方法具有一定的合理性和有效性。     

红外多光谱图像仿真方法研究

针对光电武器研制过程中多光谱图像获取困难的问题,提出了一种通过三维立体场景生成红外多光谱仿真图像的方法。该方法能够生成三维场景任意角度的红外仿真图像,并形成特定波长范围的数据立方体。在3~5 m 范围内对特定目标进行了仿真实验,以0.005 m 为步长生成了包含401张红外图像的数据立方体。为体现反射光的方向特性,推导了一种基于Phong 模型的BRDF 模型,并应用于对方向性较强的太阳直接辐射的反射在红外波段的计算,并在3~5 m 范围生成了具有方向特性的红外仿真图像立方体。一系列实验数据表明,该仿真方法可快速生成红外多光谱图像数据立方体,而BRDF 模型能够真实地反映反射的方向特性,提高了仿真图像的逼真度。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像, 研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地表经纬度及地表海拔高度等因素影响, 根据地表类型, 建立地球表面区域温度模型和红外辐射亮度模型, 然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点,利用OpenGL 实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明, 模拟生成的地球红外背景图像效果逼真, 可用于红外目标识别和仿真应用。     

地球红外辐射背景成像方法研究

为模拟生成地球红外辐射背景图像,研究其成像方法。首先将地球表面划分为若干地表区域,考虑大气传输特性、地表类型、地袁经纬度及地袁海拔高度等因素影响,根据地袁类型,建立地球袁面区域温度模型和红外辐射亮度模型．然后运用数值计算方法得到地球表面温度和红外辐射亮度分布。根据红外探测器视角与视点．利用OpenGL实现了红外探测器在太空中对地球背景红外辐射亮度的三维图像显示。结果表明,模拟生成的地球红外背景图像效果逼真,可用于红外目标识别和仿真应用。     

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。     

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。     

红外场景实时仿真研究

对目标和背景组成的场景的红外特性进行了实时仿真。为实现红外场景实时仿真,以场景的红外特性数据库为基础,将机器学习算法引入到仿真之中。利用遗传算法优化权值的神经网络建立了场景温度模型,结合三维可视化显示技术,模拟出不同设定条件下的场景红外图像。仿真结果显示,采用该模型的场景温度计算值和实测结果相符,并能够满足仿真对实时性的要求。     

地物微波辐射亮温的图像模拟方法

微波辐射亮温图像的模拟在被动遥感领域中具有重要意义。该文根据射线追踪的思想提出了一种三维场景微波辐射图像的模拟方法:亮温追踪法。分析了模拟时必须考虑的天空背景辐射、多次反射造成的极化旋转以及天线平滑作用等影响因素,最终建立了微波辐射亮温图像的模拟方法。应用此方法对典型目标进行了试验模拟,并对模拟结果所表现出的微波辐射现象进行了分析。为验证模拟方法的可靠性,该文对楼层建筑以及飞机跑道等实际场景进行模拟,模拟结果与实地测量图像取得了很好的一致,表明此方法完全可行。     

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。     

基于遥感反演的空间下视系统红外场景仿真

空间红外下视系统的真实感红外场景仿真一直以来都是研究的一个难点。提出了一种基于卫星红外遥感反演数据的空间下视红外场景仿真方法。利用红外遥感反演数据,通过匹配算法获得仿真波段内地表红外纹理,建立了下视红外观测模型,对地表红外纹理图像在传感器焦平面上重采样,最后按照辐射传输理论,计算生成光学入瞳前红外场景。仿真结果表明:该方法可以逼真地模拟地物场景红外纹理特征。将热红外遥感反演技术应用于红外场景仿真,极大简化了大规模地表场景仿真过程,为空间下视系统红外场景仿真提供了一种直观、有效的新方法。     

中波段动态海洋红外视景仿真

大面积动态海洋红外视景仿真是三维红外海战场环境仿真的重要内容,具有重要的应用价值。引入法线贴图,采用GPU着色器技术,提出了一种中波段动态海洋视景的生成方法,实现了逼真的红外海面视景实时仿真。基于矩形平面构建海洋模块,利用海面纹理的法线图,在GPU着色器中计算海面像素的辐射特性、辐射强度和方向。采用了一种基于纹理坐标操作的动态波浪模拟着色器算法实现海面法线的动态变化。提出了基于视点和视场检测的海洋模块调度策略以提高系统渲染效率。实验结果表明,该方法生成的红外海面视景渲染速度可达到80帧/s以上,满足实时仿真的要求,并能逼真地仿真中波段海面的光斑现象。     

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。