目标与场景的红外特性建模与仿真软件的发展

目标与场景的红外特性建模与仿真是红外成像仿真与红外成像系统性能评估的一项关键的支撑技术。近20多年来国外已经系统地建立了对各种目标和背景环境及干扰的红外辐射特性的建模、仿真方法,并开发了多种专用软件和商用软件。综述了国外近年来发展的主要的目标与场景的红外辐射特性建模与仿真软件。     

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.     

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。     

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。     

复杂场景的红外成像建模和仿真

红外成像技术的不断发展对仿真技术提出了新的要求。复杂场景的红外图像建模是红外成像仿真中的一个重要内容。复杂场景一般包括目标、干扰和环境背景等对象,直接建模非常困难。提出了一种先分别建模,再经数字合成得到复杂场景红外图像的方法。对一个有云天空背景下,目标穿越云层并投放干扰的复杂场景进行了建模和仿真,结果表明,该方法能够正确地对复杂场景进行红外成像模拟,且能够清楚地显示图像中目标和背景辐射的相互影响。     

海面复杂红外场景仿真系统

针对红外成像反舰导弹导引头视景的仿真问题,建立了海面复杂红外场景计算机仿真生成系统。对于视景的空间参数,首先给出仿真在用于描述空间关系的坐标系的定义以及它们之间的关系,然后分别分析了物体和背景的空间参数解算策略;对于场景的红外特性,从各个物体的红外特性、海面背景红外特性以及大气红外特性三个方面进行讨论。最后,给出整个仿真系统的运行流程。实验表明,该仿真系统能够有效的实现海面复杂场景的仿真,可以用于与红外成像反舰导弹相关的仿真研究中。     

红外目标仿真的两种热源模型比较与分析

对地面目标红外场景仿真中使用的\     

红外场景实时仿真研究

对目标和背景组成的场景的红外特性进行了实时仿真。为实现红外场景实时仿真,以场景的红外特性数据库为基础,将机器学习算法引入到仿真之中。利用遗传算法优化权值的神经网络建立了场景温度模型,结合三维可视化显示技术,模拟出不同设定条件下的场景红外图像。仿真结果显示,采用该模型的场景温度计算值和实测结果相符,并能够满足仿真对实时性的要求。     

深空双波段红外动态场景仿真与目标分析

为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真。结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法。首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真。仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义。     

动态红外场景仿真方法研究

利用计算机模拟生成动态合成场景,是红外仿真系统中最适用和方便的图像提供方法.首先对动态红外场景的仿真过程、实现方法进行了论述.介绍并分析了几个典型的仿真模型,展望了未来的发展趋势,并给出了红外场景仿真的部分实验结果,最后对今后的研究提出了几点看法.     

动态红外场景生成新技术

总结了目前用于半实物仿真的红外场景生成技术的新进展,介绍了几种典型的新技术,例 如:超大阵列规模的薄膜镜光调制器场景生成技术、中波红外LED 阵列红外场景生成技术、基于聚合 液晶的红外液晶光阀红外场景生成技术、一种新型的用于半实物仿真场景生成投影系统的电子束寻 址反射型空间光调制器、一种基于微型发射器的红外场景生成技术、基于MEMS 技术的单层锗化硅 红外宽波段微发射器阵列红外场景生成技术等。最后对红外场景生成技术的未来发展方向和趋势作 了分析和展望。     

实时红外成像场景生成技术的发展及应用

建模和仿真在包括导弹系统在内的宇航系统中的作用逐步提高,并将在今后二十年起到更加重要的作用.由于计算处理能力将提高几个数量级,计算和数据存储成本将进一步降低,且具有余量.仿真越来越复杂的物理过程的能力将变得更加受仿真所涉及子模型的拟真度的限制,而非受仿真所能得到的计算能力的充足性的限制.文中概述了建模和仿真技术在红外成...     

山地场景下3D射线跟踪的应用分析

山地场景海拔落差较大,地势起伏且遮挡多,传播环境复杂.与传统SPM传播模型相比,3D射线跟踪模型更好的反映了电磁传播的反射、绕射和衍射等场景,且模型参数也更加丰富,因此,会更准确合理.本文主要通过在云南某山地场景进行CW测试,使用3D射线跟踪传播模型进行模型校正并分析模型校准的结果,深入分析了在山地场景采用3D射线跟踪...     

运动平台红外凝视场景的仿真

对空间运动载体平台上的红外凝视探测器成像仿真是深空探测红外图像信息处理算法研究的基础性工作.在传统的场景仿真中,成像弥散、相机与目标的运动对图像的影响往往被忽略,为了对红外凝视成像系统所成场景进行合理仿真,在对红外凝视成像原理和探测器自身运动、探测目标运动的动力学方程进行分析后,分别对影响红外凝视成像效果的红外成像探测器探测距离、弥散现象、成像面积、自身运动和目标运动等因素进行推导和建模,得到了红外凝视成像系统目标作用距离、弥散圆能量分布,目标成像面积以及相机运动耦合的理论表达式以解决成像平台运动时目标成像高逼真度仿真的问题.最后进行了目标运动与探测器运动条件下的场景仿真.仿真图像表明了模型的有效性.     

Urban scene recognition by graphical model and 3D geometry

This paper proposes a simple and discriminative framework,using graphical model and 3D geometry to understand the diversity of urban scenes with varying viewpoints.Our algorithm constructs a conditional random field (CRF) network using over-segmented superpixels and learns the appearance model from different set of features for specific classes of our interest.Also,we introduce a training algorithm to learn a model for edge potential among these superpixel areas based on their feature difference.The proposed algorithm gives competitive and visually pleasing results for urban scene segmentation.We show the inference from our trained network improves the class labeling performance compared to the result when using the appearance model solely.     

基于OpenGL的三维场景的构建技术研究

三维场景的构建技术是数字化的一个研究领域。该文介绍一种基于OpenGL的三维场景的构建方法,具有较强的通用性,为虚拟三维场景的构建提供了一条切实可行的途径。     

实时闭环红外场景仿真技术

基于计算机平台的红外场景仿真系统存在输入输出接口受限,实时响应能力不足,可扩展性差的缺点。为此,文中构建了一套基于嵌入式硬件的实时闭环红外场景仿真系统演示平台。引入并行计算与多级流水线技术,采用多片嵌入式处理器级联的方式,解决了单片嵌入式处理器计算能力的不足,实现了实时计算;单任务运行环境使得系统实时响应性能良好,便于实现闭环仿真;自主设计的针对红外应用的三维红外实时渲染引擎提高了仿真精度。详细介绍了系统方案的实现与优化过程,并给出了实验结果。运行时间控制在25 ms/ frame之内,成像帧频为40 frame/ s,结果证明系统达到了设计要求。     

针对复杂地形的热红外成像仿真研究

红外热成像系统由于具有全天时观测能力而得到广泛应用。为了测试和评估高分辨率红外热成像系统的性能,需要大量多种成像条件下的热红外影像作为输入数据源。为获取真实可信的地面热红外仿真图像,提出了一种针对复杂地形的热红外成像模拟方法。该方法综合起伏地表的地形、光照、遮蔽和邻近地域辐射等因素,系统研究了三维地表热辐射的产生和传递机理。利用光学遥感影像和数字高程数据,生成了一天中不同时刻的地面热红外图像。结果表明:该方法生成的24 h序列图像,符合实际地表热辐射场的日变化规律,从而为可见光图像制备红外基准图提供了一种有效途径。     

三维动态红外视景仿真中噪声的模拟

红外探测器噪声模拟是三维动态红外视景仿真工程开发中的难点。本文提出了一种红外探测器噪声的动态生成技术。首先通过对红外探测器图像序列进行计算和分析,提取出了图像序列的高斯随机噪声和椒盐噪声。然后在基于OSG平台开发的仿真视景中,采用渲染到纹理(RTT)技术为视口添加噪声“屏幕”。利用着色器技术生成高斯随机噪声并逐像素渲染,从而实现随机噪声的动态效果。椒盐噪声根据RTT纹理中的盲元标记直接在着色器中进行灰度渲染。仿真结果表明,本文方法模拟噪声的效果逼真,系统开销很小。本文方法为动态红外三维视景开发中的噪声模拟提供了一种可行的工程思路。