海面目标高分辨率卫星成像仿真方法

海洋目标高空间分辨率遥感成像仿真技术在海面目标探测识别等方面得到了广泛应用。舰船与海水流体交互作用在高分辨率下得以显现,对其产生的复杂流场辐射模拟是成像仿真的主要难点。重点研究了舰船航行过程中与海水交互产生的流场几何形态和物性变化,提出了与海面方向辐射特性的耦合作用模型及海洋目标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,使用计算流体力学的方法构造了船只航行流场的三维几何模型。根据海面组分分布的不同将其辐射特性与三维结构关联,构建了亚米级海洋场景三维辐射模型。通过辐射传输计算、场景内部多次反射模拟及大气影响和传感器效应仿真,最终得到观测条件下的卫星遥感图像。结果表明,将GF-6卫星全色波段实测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9.17%,标准差误差为9.21%,在平均灰度值、灰度分布、纹理细节等方面都具有较好的一致性,可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋目标场景。     

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。     

基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法

围绕光学卫星遥感图像中的海面舰船目标检测问题,考虑静止轨道遥感卫星和低轨道高分辨率遥感卫星的优缺点,提出一种基于多源遥感卫星的海面舰船目标检测方法。该方法首先通过多结构多尺度形态学滤波和自适应阈值分割对静止轨道卫星遥感图像进行目标预检测,然后将预检测结果与卫星图像的地理位置信息相结合来确定高分辨率遥感图像候选目标区域,最后提取候选目标区域中目标的主要特征,进行舰船目标判别,将判别结果反映到静止轨道遥感卫星图像上。仿真结果表明,该方法能有效检测出海洋背景遥感图像中的多个运动舰船目标,具有目标检测率高、虚警率低、时效性好等优点,为静止轨道遥感卫星对海面运动舰船目标的实时监视跟踪提供了技术支撑。     

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。     

基于光场理论的场景仿真

成像系统仿真对光学遥感器的论证、设计和在轨性能预估具有重要意义。场景作为遥感的对象,其特性的表征和模拟对仿真结果有直接影响。场景特性难以全面表征,针对光学遥感及其应用最为关键的几何、光谱和辐射特性,提出一种基于光场理论的数字场景仿真方法。以包含空间坐标、方向、波长、强度的全光函数作为数字场景仿真的表征参数,建立了涵盖太阳直射、天空漫射和背景反射等因素的数字场景入射辐照度场模型,以及考虑方向反射特性的数字场景出射辐亮度场模型,并基于简单场景对模型进行分析和验证。该方法能够为成像系统仿真及新型载荷研制提供包含多种特性的数字场景模型。     

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。     

舰船目标红外视景仿真研究

针对舰船目标红外视景仿真的需求,对红外仿真的流程及关键技术进行了研究;采用Multigen Creator构建了舰船和海洋的三维模型;介绍了Vega中红外仿真模块Sensor Vision和Sensor Works的使用方法,实现了场景各点的红外辐射值的计算和红外传感器噪声的有效模拟。仿真结果表明建模和仿真方法具有可行性,仿真产生的红外图像与实际图像较为接近,并符合实际成像条件下的成像规律。     

基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真

在星载光学遥感器设计过程中,利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性,并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点,提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础,利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像,采用经验线性法进行反射率反演,结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象,开展成像仿真实验,并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。     

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。     

基于场景模型的热红外遥感成像模拟方法

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

动态海面红外视景仿真研究

动态海面红外视景仿真在战场红外视景重构以及红外跟踪制导装备研究方面有着极其重要的作用.为提高海面红外仿真效果,采用Gerstner波进行海浪波面建模,采用基于PM谱和SWOP方向扩展函数的海浪方向谱进行波面参数计算,根据海面辐射特性进行海面红外辐射效果模拟,实现了动态海面高逼真度红外视景仿真.仿真结果表明,该方法符合实际情况,具有较高的应用价值.     

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。     

基于三角面元波面分割的海面红外成像仿真

从海面小波面法线出发,采用海浪谱模型模拟海面的形态,提出一种新的简便算法,将海面各小波面划分成三角面元,通过求三角面元的法向量来计算海面发射率,大大降低了计算的难度。其次,综合考虑海面自身热辐射及海面反射天空、太阳辐射和探测器与海面之间的大气路径光谱辐射,建立海面红外辐射模型。最后,生成海面红外辐射的灰度图像,并给出在不同探测器天顶角下的仿真结果。通过结果分析,该方法可以有效地模拟海面红外辐射特性,仿真的红外图像对于舰船红外仿真研究及红外探测具有重要意义。     

海天背景红外成像仿真系统

设计了海天背景红外成像仿真系统:利用大气传输软件Modtran计算天空背景和太阳的红外辐射;基于JONSWAP海谱模型构建二维海面;基于热辐射理论和粗糙面散射理论分别计算海面和目标的红外辐射及对背景辐射的散射;最终可获得海天背景红外仿真图像.对于海天背景辐射特性和目标识别算法研究具有重要实际意义.     

海面船目标红外图像的计算机模拟

在海面船目标独立红外图像理论模拟研究的基础上，探索了船目标与海天背景合成的红外图像计算机模拟原理和方法。理论模拟采用将大气海面组成的背景与船目标分离成像，然后进行图像合成技术方案。讨论了相关的原理和计算方法，用编制的计算和显示软件对典型实例进行了计算。     

海面掠入射散射特性及布儒斯特效应研究

海面掠入射散射特性对海洋遥感等问题有着重要应用,海面对雷达波束的镜面反射对海上超低空目标与海面的耦合场有着重要影响,利用海面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。以西太平洋和东南沿海盐度场与温度场的卫星数据为基础,根据双Debye方程建立修正海水介电模型计算不同海域介电常数;基于Elfouhaily海谱模型,采用修正双尺度模型并考虑不同风速及频率下的截断波数,仿真分析了风速、频率、海水温度与盐度等因素对海面掠入射散射特性及布儒斯特效应的影响,总结归纳了海面布儒斯特效应产生机理和变化规律。分析表明:风速、频率及海水温度均会对海面布儒斯特效应产生影响。该研究为海洋环境的遥感探测及海上超低空目标的监测与跟踪提供了理论支撑。