光裸地表红外辐射统计模型及纹理特征分析

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1、２００７年１２月西安电子科技大学学报（自然科学版）Ｄｅｃ．２００７第３４卷第６期犑犗犝犚犖犃犔犗犉犡犐犇犐犃犖犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．６光裸地表红外辐射统计模型及纹理特征分析邵晓鹏，郑宏斌，徐军，张建奇（西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安７１００７１）摘要：自然地表的红外辐射温度场是生成红外纹理的关键．针对光裸地表红外辐射特性进行统计分析，建立了其红外辐射特性统计计算模型，利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法计算获得其红外辐射温度场参数；结合红外辐射温度场的统计参数，利用ＧａｕｓｓｉａｎＭａｒｋｏｖ随机场模型生成日周期的光裸地表红外纹理．仿真试验的结果表

2、明：该模型和方法能够真实地生成光裸地表的红外纹理，可广泛应用于红外场景仿真中．关键词：红外辐射；光裸地表；纹理；ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法；随机场中图分类号：ＴＮ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１００１２４００（２００７）０６０９４４０３犛狋犪狋犻狊狋犻犮狊犿狅犱犲犾犳狅狉犐犚狉犪犱犻犪狀犮犲狅犳犫犪狉犲狋犲狉狉犪犻狀犪狀犱犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犲狓狋狌狉犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犛犎犃犗犡犻犪狅狆犲狀犵，犣犎犈犖犌犎狅狀犵犫犻狀，犡犝犑狌狀，犣犎犃犖犌犑犻犪狀狇犻（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖ．，Ｘｉ′ａｎ７

3、１００７１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｒａｄｉａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｎａｔｕｒａｌｔｅｒｒａｉｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｉｔｓｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｘｔｕｒｅｓ．Ａｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｎｃｅｏｆｔｈｅｂａｒｅｔｅｒｒａｉｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｉｔｓｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ．ＡｎｄｔｈｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｉ

4、ｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｂａｒｅｔｅｒｒａｉｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｘｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｂａｒｅｔｅｒｒａｉｎｉｎａｄａｙａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅＧａｕｓｓｉａｎＭａｒｋｏｖｒａｎｄｏｍｆｉｅｌｄｍｏｄｅｌｓｕｓｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｄａｔａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｒｅａｌｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｘｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｂａｒｅｔｅｒｒａ

5、ｉｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．犓犲狔犠狅狉犱狊：ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｎｃｅ；ｂａｒｅｔｅｒｒａｉｎ；ｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｘｔｕｒｅ；ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ；ｒａｎｄｏｍｆｉｅｌｄ目标与背景红外辐射特性的理论研究，具有十分重要的理论意义和广泛的应用前景．２０世纪８０年代以来，以美国为首的西方国家加紧了对典型的地物背景特性进行广泛的测量试验，积累了大量的测试数据，并根据积累的数据结合理论模型，建立了典型地物的红外辐射特性计算模型，甚至建立了一些针对

6、于特殊用途（如战场环境的实时仿真等）的半经验模型．２０世纪９０年代，美国陆军工程航道试验站在美国亚利桑那州的Ｙｕｍａ试验场地区进行了一系列的试验，测得了各种地表、植被、水域、甚至雪等大量与红外辐射特性有关的［１～３］数据．这些数据为美国军方著名的红外辐射特性计算软件ＷＥＳＴＨＥＲＭ的开发和模型校验提供了非常［４］有价值的参考，能够较快估算出地物的温度．与此同时，国外的研究工作者对目标与背景红外辐射的统计［５～８］特性参数也进行了相应的研究．自“八五”计划以来，国内的研究者开始了对目标与背景的红外辐射特性［９］研究，并在“九五”和“十五”期间，取得了大量的研究成果．上述

7、的模型都是建立在精确求解的基础之上的，虽能够估算出既定条件下的地物温度，但对于具有一定统计分布的特性的地物则显得比较困难，更谈不上研究其红外纹理特性．在自然环境中，影响地物红外辐射的因素在一定的范围内都具有一定的随机性，因此地物的红外辐射特性同样具有随机性分布的形式，如何计算获得地物的红外辐射温度场分布成为研究的关键．针对光裸地表的红外辐射统计特性，笔者给出了其红外辐射温度场统计计算模型，利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＭＣ）方法计算出了其收稿日期：２００７０４３０基金项目：国家自然科学基金资助（６０４０７０１２）作者简介：邵晓鹏（１９７３），男，