飞机红外辐射计算及图像仿真

针对红外对抗与空战仿真的研究需要,对空中飞机红外图像的生成方法进行研究。从红外探测器的成像机理出发,建立了一种空中飞机红外成像仿真模型。首先分别建立机体与尾焰流场计算域的几何模型,并通过Fluent软件计算得到机体与尾焰的温度场,计算中重点考虑了外部热环境与舱内传热对机体温度场的影响;然后建立视线方程与亮度矩阵,计算探测器每个像素点接收的红外辐射亮度大小,经过灰度量化将辐射亮度值转化成灰度级别;最后通过VC++与OpenGL编程生成了飞机的红外灰度图像,并对比分析了不同波段、不同方位下飞机红外图像及红外辐射强度的差异。研究成果可为红外成像导弹的目标识别研究提供目标源。     

一种坦克动态红外图像仿真方法

通过分析坦克各特征部位的红外特性,建立相应目标的红外特征模型.对不同状态下的目标表面辐射进行实时计算,模拟了目标红外图像的动态变化,提高了目标红外图像仿真的逼真度.     

无人机红外辐射建模与图像仿真

无人机红外辐射特性建模及图像仿真计算具有重要意义。利用CFD软件计算无人机温度分布,建立了蒙皮稳态温度数据库和满足精度需求的温度插值算法,实现了无人机蒙皮温度的插值计算;提出网格编号投影思想,改进基于深度缓存的正交投影方法,建立了适于红外图像的二维投影算法;基于无人机辐射、大气传输和探测器响应的光谱特性,采用光谱积分方式计算无人机光谱及波段红外特性和图像序列,建立了无人机红外辐射计算模型。对无人机红外辐射特性和模型计算速度进行了分析,并与某型无人机实测数据进行了比对,结果表明:模型计算误差小于20%,可用于仿真实验测试与分析。     

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。     

飞行弹丸红外辐射特性的理论计算

基于红外辐射理论，建立了飞行弹丸辐射亮度及辐射强度的理论计算模型。该模型实现了在不同时刻、不同观测点对目标辐射强度的计算。最后分析了弹丸以不同初始条件飞行时在不同光谱波段内的辐射特点。     

主战坦克与地物背景红外辐射特性研究

综述了坦克目标与地物背景红外辐射特性的影响因素;着重讨论了主战坦克和典型地物背景的红外辐射特性。在此基础上,提出了坦克红外成像对抗技术的物理基础。对解决坦克红外特征信号控制总体及主要红外辐射源抑制技术研究有较高的参考价值。     

伪装遮障热红外辐射温度计算

文中建立了伪装遮障的室内测试模型与野外使用模型,并给出了不同模型伪装遮障热红外辐射温度的计算方法.该计算方法基于辐射传热分析,比原有方法更合理.室内测试模型可作为热像仪测量伪装遮障表面发射率的参考;野外使用模型可作为伪装遮障表面发射率设计和伪装效果预估的参考.     

非均匀热气体红外辐射特性计算与仿真

非均匀热气体由于内部空间点的温度、密度、组分及压力各不相同,其红外辐射特性的计算十分困难.为了计算非均匀热气体的红外辐射特性,首先从分析非均匀热气体特点和均匀热气体的谱带模型出发,以原子分子辐射理论为基础,结合谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,利用单谱带模型Cunis-Godson(C-G)近似法对非均匀热气体谱带模型所用到的谱带模型参数进行了计算,提出一种计算非均匀热气体红外辐射特性的方法.最后,应用此方法计算了某单发动机喷气式飞机在非加力状态下尾焰3～5μm的红外辐射强度,计算结果与文献中给出的实际测量的尾焰红外辐射数据能较好地吻合,计算仿真结果验证了该方法的正确性.     

飞行器红外辐射计算及图像生成技术研究

飞行器红外成像的关键技术是将接收的红外辐射能量转换为可见的灰度图像.基于飞行器红外辐射特性和红外传感器的成像原理,提出了一种利用射线跟踪(Ray tracing)结合反向蒙特卡洛法(RMC)的飞行器目标红外辐射图像生成技术的实现方法.首先利用三维建模软件建立飞行器的几何模型,并利用商业软件ICEM对模型进行网格划分,然后基于流体力学基本守恒定律——N-S方程组的基本原理,利用Fluent软件对飞行器外流场进行数值模拟,获得飞行器的温度场分布,最后利用反向蒙特卡洛法对射线的辐射传递过程进行概率模拟计算,利用MODTRAN进行了大气传输衰减的透过率计算,利用射线跟踪技术获得了飞行器的红外辐射图像.     

基于MODIS红外通道的辐射传输计算

通过建立地气系统的红外辐射传输方程,基于MODIS红外通道进行辐射传输计算.利用快速精确的透过率模型PFAAST计算大气透过率,在红外辐射传输计算中考虑了地面反射大气辐射亮度的影响,指出地面反射大气辐射亮度在整个方程所占比重随着地表发射率变小而增加,其中MODIS第33通道对发射率的改变最为敏感,美国标准大气下,当发射率ε=0.65时,比重达到7.12%,因此,忽略地面反射大气辐射亮度,直接影响红外辐射传输计算的准确性.模拟了MODIS各红外通道辐射亮度,并与MODTRAN4.0模拟结果比较,相对误差不超过0.12%,模拟了大气倾斜路径对卫星红外通道观测亮温的影响.     

红外仿真中的海面辐射模型

作为海面目标的主要背景,海面的红外辐射特性对于舰船红外仿真研究具有重大意义。建立了三种海面辐射计算模型：漫射灰体、平静海面和波浪海面,并针对红外仿真中舰船辐射场和海面背景红外热像模拟两方面的计算要求比较分析了三种模型的计算结果。结果表明,对于舰船辐射场计算而言,使用经验模型已经具有足够的精度;而在模拟海面背景红外热像时,波浪的影响不可忽视,必须采用波浪海面模型模拟海面辐射亮度。     

坦克动力舱热流场及红外辐射特性分析

为了更好地揭示坦克动力舱的热状态及红外辐射特性,提高坦克战场生存能力,以某型坦克为例,利用商业软件fluent建立了舱内空气与流动的CFD模型。对于动力舱内热边界条件,由汽车仿真分析软件GT-SUITE给出,装甲板的温度场计算采用流固耦合的方法,使其转化为系统内部的边界,并考虑了太阳辐射的影响。最后根据装甲板温度场建立红外辐射特性计算模型,得到了稳态工况下动力舱的热流场和装甲板红外辐射特性强度分布图,可为下一步动力舱内热流场优化和红外特性抑制提供依据。     

基于多模态特征图融合的红外热图像目标区域提取算法

红外热图像目标区域(Region of Interest,ROI)提取对故障检测、目标跟踪等有着重要意义.为解决红外热图像干扰多、需人工标记及准确率低等问题,提出一种基于多模态特征图融合的红外热图像ROI提取算法.通过对比度、熵及梯度特征构建多模态特征图并进行区域填充,实现ROI提取.将新算法应用于实际采集的光伏太阳能板图像中.结果表明,新算法具有平均查准率高(93. 0553%)、平均查全率高(90. 2841%)、F1指数和J指数均优于图割法,人工标记少等优点,可有效用于红外热图像ROI提取.     

末敏弹红外辐射特性及探测

末敏弹作为一种新型攻击坦克装甲目标的武器,已成为国内外发展的重点弹药。对末敏弹进行探测,采取必要的应对措施,对于提高坦克装甲目标的生存几率具有重要意义。在介绍末敏弹工作原理的基础上,分析了末敏弹的红外辐射特性及其探测方法。结果表明:由于末敏弹载体不同,从而使末敏弹的初速差别很大,其红外辐射的峰值波长随初速的增加从长波红外波段移向中波红外波段,在探测末敏弹时,要根据末敏弹红外辐射特性和探测器的响应特性选择探测器,而且在探测时,由于末敏弹为弱小目标,要求探测系统具有较小的瞬时视场。     

经过大气传输的红外热像仿真

大气传输特性对成像红外和目标识别研究具有重要意义。在“漫射灰体”的假设条件下,忽略传输路径上的气温变化,给出了大气传输计算的数值方程,并分析了使用等效黑体辐射光谱分布代替目标有效辐射光谱分布进行大气传输计算的可行性及其带来的误差。结果表明,在8～12 μm波段,使用等效黑体辐射光谱分布进行大气传输计算已经具有足够的精度,并且可以大大节约计算时间;但是在3～5 μm波段,反射太阳辐射对目标表面辐射光谱分布的影响不可忽视,使用等效黑体辐射光谱分布进行大气传输计算将带来较大的偏差。     

汽车和地面背景红外热像模拟

利用RadTherm软件里的汽车和地面模型,通过合理设置大气状况参数及汽车和地面物性参数,进行软件模拟,实现了汽车和路面的温度场、红外辐射场的计算,得到了汽车和路面一天中不同时段的红外模拟热像。     

卫星影像在热红外场景仿真中的应用

针对早期热红外场景模拟基于机载热像仪图像或随机产生场景的情况,提出针对高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟的方法。基于高分辨率卫星图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,以及大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,从而获得地面场景辐亮度图像。场景仿真结果表明：利用高分辨率卫星图像进行热红外场景模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等相关研究工作具有一定的参考价值。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

基于分段均衡的红外热图像伪彩色编码

根据红外热图像的特点,并克服传统伪彩色处理方法的缺陷,提出一种基于分段均衡的红外热图像伪彩色编码方法。先通过对红外热图像采用改进的K-means算法进行聚类,对聚类结果的各类像素点坐标进行统计,根据统计结果在原始红外热图中进行分段均衡,再通过彩虹编码法对分段均衡后的图像进行伪彩色编码。实验结果表明:通过该方法编码后的红外热图像色彩丰富,细节增强,具有更好的层次感,便于人眼观察分析以及应用。