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。     

低温目标光谱发射率建模及弱信号检测技术的研究

利用小波变换技术对辐射信号进行预处理和去噪，实现了辐射信号的高精度检测；进而，设计了一种组合神经网络发射率模型，依据测温仪测得的亮温可以高精度地辨识出被测目标的发射率模型，这种建模方法不需给定发射率固定的样本数据，给出具体理论推导过程。仿真结果表明，此方法是获知连续光谱发射率及真温的一种有效的方法。     

基于BRDF的空中目标红外成像建模与仿真

提出了一种空中目标的红外成像仿真方法.根据能量守恒定律,利用目标在天空背景中稳态时的热平衡方程,求解表面温度场;选取适合的双向反射分布函数模型描述目标表面面元在红外波段的反射特性,提高面元红外反射的真实感.综合考虑空中目标的几何模型,目标自身红外辐射和对背景的反射辐射,结合计算机图形学相关理论,渲染输出空中目标的红外图像.成像仿真的方法为空中目标的探测、识别和跟踪提供了参考依据.     

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。     

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.     

深空动态场景目标红外图像仿真研究

针对深空背景空间目标的红外图像仿真问题,首先根据热平衡理论,对典型空间目标进行建模,得到目标不同部分的温度;然后建立目标的红外辐射模型,得到目标的红外辐射光谱特性;接着提出了一种基于红外星表数据库的星空背景建模方法,模拟任意时刻,任意视场大小和指向的红外星空背景;最后得到了不同距离、不同姿态空间目标与深空背景合成的红外图像仿真序列,实现了探测器不断接近目标过程中的红外辐射图像仿真.     

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OpenGL的飞行场景红外仿真

在现代化战争中,红外探测与制导技术的使用已越来越广泛,因此如何实时生成战场环境的红外图像就变得非常重要。在Visual C++6.0环境中,利用OpenGL构建了可见光飞行场景;主要基于红外辐射相关理论,对场景中的目标和背景模型进行了红外辐射特性分析,并计算出了各部分模型面元的红外辐射强度;同时使用LOWTRAN7软件分析了大气衰减的影响,并通过灰度量化和OpenGL渲染技术构建了一种实时、动态的飞行场景红外仿真系统。试验结果表明,该系统能够实时生成飞行目标在不同红外波段及不同大气环境影响下的红外图像。     

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的三维红外云仿真

根据实际需要简化了云的辐射模型,利用Modtran软件对整个场景的大气进行计算,得到大气路径辐射和透过率。再通过GPU的并行处理对整个数据进行采样,模拟出大气辐射传输效应。最后通过OGRE的粒子系统模拟出三维云体,结合云的自身辐射特性和大气效应模拟出三维红外云场景。仿真结果表明,生成的三维红外云场景有较好的真实感和实用性,为后续其它研究提供基本数据。     

基于可见光图像的近红外场景仿真

利用地物光谱仪采集了晴天条件下典型地物在380～1100nm的光谱反射率,并利用经过定标后的CMOS相机采集典型地物不同时段的可见光、近红外图像,结合相机辐射定标结果和地物目标的反射率建立了可见光、近红外图像灰度值的映射关系,且对简单场景进行图像分割,并通过查找表快速将可见光图像转化为近红外图像.建立了太阳辐射模型,在反演精度要求不是很高的条件下,可以反演一天内任意时刻的近红外图像.仿真结果表明,本文方法可生成真实感较好的近红外图像,为后续的各时段、各种天气条件及多种地物的近红外场景仿真奠定基础.     

红外场景产生技术及应用研究

红外成像系统的测试对于红外成像系统的研制具有重要的意义.传统的测试方法由于需要在真实环境中进行试验,因而受时间、空间和环境等方面的限制.为解决上述问题,本文采用红外场景产生技术,提供实验所需的仿真场景,并进行红外成像系统的半实物仿真试验(如注入式仿真试验),进行红外成像系统的测试.红外场景产生技术已成功应用于跟踪器性能测试和图像处理算法研究.实验结果表明,该方法可以节省大量的人力、物力和财力,并缩短产品研发周期.     

红外隐身涂层发射率的仿真计算

建立了基于Kubelka-Munk理论的红外隐身涂层发射率仿真计算模型。以Al粉颗粒作为颜料粒子,采用Maxwell-Garnett有效介质理论计算分析了涂层的等效折射率与波长的关系。从电磁波与颜料相互作用的机理出发,采用几何光学理论计算得到了涂层的吸收系数和散射系数。定量分析了铝粉颗粒粒径以及体积分数对涂层发射率的影响。结果表明,该模型对红外隐身涂层的制备具有一定的指导意义。     

基于傅里叶变换红外光谱仪的光谱发射率估计

基于傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)光谱仪等先进测试 手段,建立了一种估计目标光谱发射率的方法框架。首先,通过双温度测量标定获得FTIR光谱仪关于波 长的背景辐射亮度函数和响应度函数,提高了测量的准确性;其次,基于大气窗口的辐射亮度数据进行高阶多 项式拟合,进一步抑制了杂散辐射的影响;然后通过对大气吸收波长的辐射特性进行估计,获得了所测波段的 红外亮度曲线;最后估计了目标的光谱发射率,其相对误差均在1%以内。测试结果表明,本文方法行之有效。     

激光红外大气传输透过率模型研究

为了提高激光红外传输在工程应用方面的精度,以辐射传输理论为基础,考虑大气湿度、温度、能见度等容易测量的因素,建立了大气透过率衰减的简化模型。利用模型,对不同波长的激光在各种大气环境及传输路径下的透过率进行了计算,并与商用软件的计算结果进行对比。实验结果表明：简化模型减小了运算量;晴朗大气,简化模型与软件计算结果在特定波段比较接近,最小相对误差低至0.005%。     

一种基于低空图像的红外场景仿真方法研究

为了获得较逼真的红外图像,提出了一种利用低空图像反演红外图像的新方法。首先,利用改进的K-均值聚类算法将低空图像按照不同的地物属性进行材质分类,进而计算出特定波段内进入仿真红外热像仪的总辐射能,并模拟传感器成像原理得到仿真红外图像。结合该算法和实测环境气象参数完成了某区域红外场景序列图的生成。实验结果表明,该方法生成的时序图与实拍红外图像的变化规律基本一致,从而为低空图像仿真生成红外图像提供了一种有效途径。