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复杂背景下空中目标红外图像仿真研究

张明明  
【摘要】:红外成像仿真是一种利用计算机模拟生成真实红外场景图像的技术。由于它被广泛的应用于国防、军事以及航天等领域,所以受到了越来越多国内外研究人员的重视。随着计算机硬件的不断更新和计算机图形学的发展,利用计算机模拟生成红外场景图像,已经成为了原始红外图像获得的一个重要渠道。利用计算机模拟生成的红外场景图像,可以作为红外成像制导等仿真等系统的原始红外图像输入,从而可以降低这些系统的研发成本,缩短研发周期,提高研发效率。所以,对于红外成像仿真的研究有着重要的理论意义和广泛的应用前景。 本文以复杂背景下的空中目标作为研究对象,论述了三维场景的红外图像仿真方法。选取导弹作为所研究的空中目标,用Multigen Creator软件建立了导弹的三维几何模型。根据红外辐射理论建立了导弹弹体和尾焰的红外辐射模型,并考虑了大气衰减的影响,在OpenGL环境下完成了导弹目标的红外图像仿真。其中,在对导弹尾焰进行红外仿真时,采用了粒子系统的方法,并把导弹尾焰的红外辐射模型引入了粒子系统,使得导弹的尾焰不仅在形态上更加逼真,而且尾焰的红外特性也更加准确可靠。 对复杂背景的红外图像仿真,本文采用的方法是根据背景的可见光图像转换为红外图像。所研究的复杂背景是地球的地面背景,首先建立了地球三维几何模型,将地球的可见光图像作为纹理赋予地球几何模型表面,形成了地球的可见光模型。然后利用Vega软件提供的材质数据库对地球的可见光模型进行材质赋值,再通过红外传感器模块和大气计算工具等,实现了由地球的可见光图像到红外图像的转换。其中,为了方便对地球的可见光模型进行材质赋值,预先采用了基于感兴趣区域的K均值聚类算法对地球的可见光图像进行了区域分割。 最后运用了OpenGL与Vega的混合编程方式实现空中目标和复杂背景的红外图像合成。研究了在合成过程中如何确定导弹在整个红外场景图像所处的位置和姿态的问题。并利用已知的材质红外特性,通过理论计算得到的红外辐射亮度值与Vega软件的仿真图像灰度值的对比,确定了Vega软件内部的灰度映射关系,进而完成了整个红外场景图像灰度映射关系的统一。


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