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.     

海面背景红外图像建模与OpenGL仿真

应用海洋学和红外辐射理论的研究成果建立海面背景红外图像的仿真模型.在海面几何建模中,实现了对风浪和涌浪的模拟,同时增加了三角浪模型以增强真实感;红外辐射建模中,在保证图像质量要求下对辐射方程进行了适当简化.应用OpenGL技术实现海面红外图像的仿真,只需几个输入参数就可确定红外辐射特性,结果表明所提出的仿真模型是正确可行的.     

改进的海面辐射模型

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要意义.为了获得更接近实际的海面红外辐射,用MODTRAN按照不同的天项角计算出天空辐射,按照不同的高度和俯仰角计算出透过率以及大气程辐射.根据反射定律计算出海面反射的太阳辐射以及天空辐射.用改进的海面辐射模型计算探测器可见海面的红外辐射.在有太阳镜面反射和无太阳镜面反射两种情况下,对3～5μm和8～12μm波段的海面红外辐射分别进行模拟.结果表明,利用改进的海面辐射模型对海面红外辐射进行模拟更加接近实际.     

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。     

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。     

海面导弹中波红外辐射计算

介绍了一种红外系统对海面低空飞行导弹最大探测距离的计算方法,建立了以涡喷发动机为动力的导弹全向中波红外辐射和海面水平传输计算模型,针对导弹中波红外辐射及其在大气中的传输衰减和红外探测器对导弹红外辐射的响应在不同波长时皆为非均匀的特性,提出了将导弹在3～5μm波段的红外辐射分成若干小区间计算,与对应小区间大气的海面水平传输衰减和红外探测器光谱响应曲线相对值综合后,计算红外探测系统对导弹最大探测距离的方法。最后,将理论计算结果与试验测试数据进行了对比,结果显示理论计算结果与试验测试结果有较好的一致性。     

外形包络面的尾焰红外图像仿真

基于粒子系统的尾焰红外图像仿真计算量大,难以与红外辐射的计算模型相结合。为了解决这个问题,首先提出了基于化学反应式的航空发动机尾焰气体组分计算模型,改进现有的尾焰流场工程计算方法;然后提出了基于外形包络面的尾焰红外图像仿真模型,研究了包络面的建立、包络面模型与流场计算模型以及气体辐射计算模型的结合、包络面模型对尾焰红外图像影响三个相关问题;最后通过数值仿真得到了尾焰的红外图像。结果表明:尾焰的红外图像主要由其核心区的高温气体决定;当包络范围增大到一定程度后,尾焰图像与选用的包络面的外形无关;选择一个易于划分面元的包络面模型,并划定能全面反映尾焰辐射分布特征的小包络面范围,可使尾焰图像的生成更加高效准确。     

基于小波变换的双波段红外图像融合方法

针对红外探测器长波图像和中波图像的特征,采用基于小波变换的方法实现双波段红外图像的融合。在对不同波段红外图像小波分解的基础上,对低频子带图像采用加权平均,对高频子带图像采用区域能量最大的融合规则得到融合图像的多分辨率结构,再利用小波逆变换重构融合图像。仿真结果表明,和普通基于空域加权平均的方法相比无论从主观视觉还是通过客观评价指标的计算结果来看,基于小波变换的双波段红外图像融合方法均具有更为理想的图像融合效果。     

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。     

基于神经网络的红外图像非均匀性校正

由于红外焦平面材料、制造工艺的差异以及多路模拟信号输出的电路设计等因素,红外探测器在面源黑体目标下像元的输出不均匀,针对同一辐射目标得到的响应也不一致。红外探测器像元间的非均匀性影响目标辐射探测的质量,也使得获得的红外图像不能很好地反应目标辐射特性。先对红外图像进行盲元检测和补偿,通过双边滤波方法获得像元期望输出值,利用随机梯度下降法的神经网络模型对红外图像进行非均匀性校正。实验验证该方法较基于标定的校正方法具有适应场景变化、效果好的优点。     

红外仿真中的海面发射率模型

海面作为舰船的主要背景,其红外辐射特性对于舰船红外仿真研究具有重大意义。介绍了三种海面发射率的计算模型：灰体模型、经验模型和理论模型,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,分析比较了它们的计算结果。结果显示,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,在天顶角较大的情况下必须使用理论模型。     

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。     

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。     

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.     

从红外辐照热平衡方程求解海面温度

针对海面红外仿真中需要输入实时海面温度的要求，本文从海面的热平衡方程出发，将平衡方程中的各项，如太阳辐射、天空辐射、海面自发射、海面与大气的热交换等用温度的函数表示，然后从平衡方程中解出海面温度，最后模拟了海面温度随太阳辐照、天空辐照、风速、相对湿度的变化，模拟结果表明本计算模型是准确可靠的。     

基于渐进式生成对抗网络的舰船红外图像仿真

红外图像仿真在红外导引头设计、仿真训练中起到十分关键的作用。针对如何生成高分辨率、视觉特征可控的红外图像,提出了一种基于渐进式生成对抗网络的红外图像仿真方法。本文利用舰船模型的红外图像数据集训练了图像合成网络,输入随机特征向量,输出高分辨率的红外仿真图像;设计了图像编码网络,实现红外图像到特征向量的转换;利用Logistic回归方法,在特征向量域找到了控制红外图像角度特征的方向向量,并据此生成了不同角度的舰船模型仿真图像;最后通过均值哈希算法和平均结构相似性算法来定量评价仿真图像和真实图像的差异,实验结果表明仿真的红外图像和真实图像的相似度很高,可以为真实舰船的可控化红外图像仿真提供参考。