红外视景仿真关键技术研究.pdf

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1、红外视景仿真关键技术研究胡海鹤2015年1月中图分类号：O432.1UDC分类号：535.3红外视景仿真关键技术研究作者姓名胡海鹤学院名称光电学院指导教师白廷柱教授答辩委员会主席申请学位工学博士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期ResearchonKeyTechnologiesofInfraredSceneSimulationCandidateName:HuHaiheSchoolorDepartment:SchoolofOptoeletronicsFacultyMentor:Prof.BaiTingzhuChair,ThesisCommittee:Degre

2、eApplied:DoctorofPhilosophyMajor:OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京

3、理工大学博士学位论文摘要红外视景仿真技术可以逼真地生成各种复杂环境和干扰条件下目标与背景的红外图像，为光电成像系统设计和场景分析、产品测试提供环境和数据，缩短相关产品的研发周期和节约实验费用等。国外对此类软件和技术有严格的出口限制，而国内对此又有强烈的需求，为此，本文研究了三维红外视景仿真中的关键技术并进行了视景仿真系统的算法优化，研制了初步的红外视景仿真软件。本文完成的主要工作如下：(1)针对目前红外视景仿真模型中红外光照模型的问题，在预测景物热物理特征的基础上，改进了一种基于可见光Blinn-Phong反射模型的红外光照模型。模型充分考虑了场景中各种辐射源与物体表面间辐射

4、能量的传递关系，并以此来计算物体的辐射强度。在景物红外高光模拟中，提出一种基于景物几何特征的反射区域辐射能量计算方法来确定该点的辐射出射度，且该方法可以描述景物高光区域随视点变化的动态过程。(2)针对三维红外视景仿真中较大规模背景场景红外纹理仿真缺乏有效方法问题，提出一种基于可见光图像的红外图像纹理生成方法。在将景物三维导热问题简化为一维导热处理的基础上，建立了景物表面热平衡方程并由其求解一天中不同时刻的均值温度。同时，以相应景物的可见光图像为参照，基于同景物的红外图像温度分布范围，确定红外图像的灰度分布关系，并将对应景物温度分布偏差的灰度信息叠加在相关景物上，构成对应景物的

5、红外图像纹理。(3)基于图像金字塔降质原理，提出一种基于景物空间频率变化的红外图像纹理生成模型。模型以成像系统探测器限制的奈奎斯特频率为依据，以景物成像距离为景物空间频率变化参量进行空间滤波，对零视距景物纹理进行高频衰减，同时，按照热成像系统最小可分辨温差(MRTD)进行灰度再现，仿真对应场景的红外图像纹理。(4)研究了以数据库查找表作为红外视景仿真数据的管理方法，通过查找数据库存储的表征场景景物几何数据、热物理特征数据、光学特性数据等各类信息，可为红外仿真提供方便的数据源，并存储场景参数改变后计算的中间结果，避免了场景复现时的重复计算。在上述红外视景仿真关键技术基础上，研发

6、了三维红外视景仿真软件，并进行了初步的红外成像仿真模拟，为后继的进一步研发工作创造了条件。I北京理工大学博士学位论文关键词：红外视景仿真；热物理特征；红外光照模型；红外图像纹理；空间频率；特征数据管理II北京理工大学博士学位论文AbstractInfraredscenesimulationtechnologycangeneratetheinfraredimagesoftargetandbackgroundrealisticallyunderallkindsofcomplicatedenvironmentandtheinterferencecondition,providesu

7、rroundingsanddatafordesigning,analyzingscenario,andtestingproducts,andshortentheperiodofdevelopingrelatedproductsandcuttingdowntheexperimentalcost,etc..Foreigncountrieshavestrictrestrictionsonexportsofsuchsoftwareandtechnology,buttherearestrongdomesticde