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地面目标的红外成像仿真及多光谱成像真实感融合研究

王章野  
【摘要】: 红外成像仿真和多光谱信息融合是现代高科技的关键技术之一,在红外制导与对抗、反恐怖活动、遥感探测、交通安全等众多领域有着广泛的应用。本文主要研究地面目标的红外成像仿真和多光谱成像的真实感融合。内容涉及以下几个方面:城市建筑物红外成像模型、地面目标与背景的真实感红外合成、动态红外场景的实时生成、基于量子光学原理的红外成像光照模型和多光谱融合真实感成像等。 本文第一章介绍了红外技术和红外成像仿真技术的基本知识、研究内容、应用领域和国内外发展现况。指出利用计算机图形学特别是虚拟现实的最新技术将是今后的发展方向。并介绍了多光谱信息融合技术的一些基本概念、研究内容和应用前景,并回顾了这一领域的国内外研究现况。 细致的城市场景红外成像建模以前很少有人涉及。本文第二章从气象学、传热学和红外物理学原理出发,分析了影响城市建筑物红外特性的各种主要因素,采用多层有限差分等方法求解建筑物及周围物体的表面温度,建立了城市建筑物红外成像模型;采用分类建模和特殊建模相结合的方法构建了大规模复杂城市场景的红外模型,绘制出了不同时刻城市复杂场景红外成像图。 目标与背景的真实感红外合成对红外仿真系统有着重要的意义。本文第三章从传热学原理出发,建立起坦克等地面目标的红外热传导模型,计算出坦克和地面接触后达热平衡时的温度场分布,绘制出目标与地面背景真实感合成的红外图像,并生成了地面目标驶离后不同时刻在地面留下的“红外阴影”效果图,这为反推某时刻之前红外目标的存在提供了依据。 动态红外场景的实时生成和交互式漫游的研究尚未见报道。本文第四章采用了场景几何造型和红外纹理图像混合的简化方法来进行红外动态场景的建模。提出了由可见图像转化生成场景目标红外图像的方法,采用了大气辐射传输计算软件和考虑热像仪噪声扰动机制的方法来预生成红外深度衰减纹理图像的模型,实现了动态红外场景的实时生成和虚拟漫游。 浙江大学博士学位论文 量子光学的辐射现象是计算机图形学很少研究的课题.本文第五章从量子光 学的理论出发,提出了一个新的基于量子光学的光照模型,该模型在传统光照模 型的基础上增加了一项物体自身量子辐射项,可同时适用于红外波段和可见光波 段的成像.依照该模型就可遇真地绘制出钢铁融化过程的光照效果;还可绘制出 红外场景的镜面高光效果和红外波段穿透云雾成像的效果图. 现有的多光谱图像融合方法的结果经常丢失原光谱图像的光谱信息;且对 不同的场景采用同一种融合方法,其效果有时并不好.本文第六章提出了多光 谱图像真实感融合生成算法,算法强调在融合图像中保留原多光谱图像的光谱 特征.提出了对相关性较弱的图像对实行基于HvS原理融合的新方法;对于相 关性较强的图像对,根据场景目标距离的远近,分别采用小波变换和主成份分 析进行融合.并进行了RGB多通道增强型方法的彩色融合.本算法对不同类型 的场景得到的融合结果优于用单种方法进行融合,有利于对目标的探测和识别. 在本文的最后,作者对本文的研究工作进行了总结,并提出进一步研究的一 些关健技术问题及本课题的发展方向.


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