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。     

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.     

空中目标红外场景建模及仿真研究

研究空中目标仿真场景中光谱发射率对仿真真实度的影响,在OGRE的红外场景仿真平台上,实现基于GPU空中目标红外场景仿真。利用Modtran软件计算红外场景的大气和环境辐射,得到了大气辐射和环境辐射特性。利用GPU的并行处理对数据进行采样,模拟出大气辐射传输效应和反射效应。基于OGRE红外场景仿真平台,实现空中目标场景的精细仿真。仿真结果表明,该方法在损失较小仿真效率的前提下,有效地提高了仿真的真实性。     

红外图像仿真系统的设计与实现

红外图像的获取方法有试验和仿真等多种。试验获取方法成本较高,过程复杂,提出一种利用仿真手段获取红外图像的方法,容易实现、成本低廉。首先,介绍了虚拟场景的建模方法,利用仿真建模软件MultiGen Creator建立了场景模型库,并进行大气建模和红外材质建模;其次,利用场景驱动软件Vega对所有的模型进行了驱动和渲染,生成可调用的adf文件;最后,开发了人机交互界面,通过VC++与Vega提供的API,设计实现了红外图像仿真系统,可以使场景在可见光和红外波段之间转换,也可以实现场景的实时漫游,还实现了特殊效果展示以及其他仿真功能,运行效果良好。     

地物背景战场环境红外图像实时生成技术

基于逼真战场环境开展半实物仿真试验是对红外成像制导系统进行测试和评估的有效途径,其中地物背景战场环境红外图像实时生成技术是模拟真实战场环境红外特性的关键技术之一。首先介绍了基于电阻阵列的战场环境红外仿真系统的组成;然后从工程实用性出发,以卫星地图为数据源,采用Terra Vista对目标区域进行地形建模,利用SensorVision红外模块对目标区域进行红外辐射特性建模以生成目标地区红外图像,并提出了加快图像渲染速度和增强图像真实性的优化方案;最后基于VC环境编写了地物背景战场环境红外图像实时生成与测试软件。仿真测试结果表明,该方法能够满足战场环境仿真系统红外图像实时生成的要求,效果良好且易于工程实现。     

基于Vega的场景红外成像仿真研究

红外成像仿真在国防、军事、航空、航天等领域有着极其重要的应用价值。鉴于此,在分析红外成像仿真原理的基础上,提出了一种基于Vega的场景红外成像仿真方法。并详细论述了建立大气传输模型、场景建模及其红外辐射建模的方法。最后利用视景仿真软件Vega进行了红外成像仿真,仿真结果证实了该仿真方法取得了理想的仿真效果,有助于红外成像仿真技术的发展。     

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。     

红外成像制导系统虚拟样机

建立了基于三维场景的红外成像制导系统虚拟样机。虚拟样机模型分为成像系统、信号处理、运动控制三个模块。在分析各模块实现的基础上,重点研究了虚拟样机与三维场景之间的运动关系及数据交换过程,并实现了数学建模。利用时间放大方法,探讨了解决仿真中实时性与逼真性之间矛盾的途径。最后,利用三维红外场景数据进行了导弹制导过程仿真试验,并给出系统作用距离与探测概率关系、弹道曲线等仿真结果。     

地物环境对红外诱饵弹散射特性建模及仿真

针对红外诱饵弹的工作特点,依据其空时域分布特性,建立了诱饵弹的红外辐射模型;根据红外诱饵弹辐射与环境目标的作用机理,利用双向反射率函数（BRDF）建立目标表面面元的散射特性模型,实现了目标表面面元接收诱饵弹的辐射在观测方向产生的辐射亮度计算;并基于OGRE的红外场景仿真平台,对诱饵弹发射前后地物环境的变化进行实时仿真。仿真结果显示了发射诱饵弹后不同时刻诱饵弹辐射对地物环境的影响效果,这对红外诱饵弹研发具有极为重要的意义。     

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的动态红外场景仿真研究

对基于OGRE渲染引擎的红外场景仿真框架进行了研究,初步实现了一个动态红外场景仿真系统。该系统建立了符合红外辐射传输过程的“目标-背景-大气-成像系统”综合模型,能够按照用户输入参数和控制。生成不同效果的动态红外场景图像。     

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。     

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。     

基于增强现实的动态红外场景仿真系统设计研究

传统的仿真技术会受算法的复杂度、运算能力及接口等的限制。针对这一问题,设计了一种基于增强现实的思想在真实图像上进行实时动态红外场景仿真的系统。首先使用3DS MAX生成虚拟目标模型,再对虚拟目标模型进行几何一致性变换和红外辐射一致性变换,使用SURF-ORB特征匹配对探测器的运动姿态进行跟踪,最终通过光栅渲染使虚拟目标与真实场景进行虚实融合,完成基于增强现实的动态红外场景仿真系统的设计。实验结果显示,该系统能够实现高帧频、高真实性的红外仿真图像,具有较强的可扩展性。     

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.     

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。