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光电干扰耦合场景的红外实时仿真系统设计

江一鸣  
【摘要】:红外技术的广泛应用使得红外仿真技术具有重要的研究价值。随着深度学习的兴起,快速大量生成多种成像条件下高真实度的红外图像样本的需求越来越强烈。针对通过实际挂飞获得红外图像面临着数量少、外界条件难控、周期长、成本大等难以短期突破的难题,论文研发了一套能够实时大量生成多种条件下高真实度的红外图像的系统。具体工作如下:第一,为提高建模精度,针对大范围遥感影像材质分类工作量大、效率慢的问题,论文提出了一种多粒度材质分类的方法,有效地将高精度遥感影像材质分类工作效率提高至少一倍。第二,为了求解出更准确的地表材质温度场数据,论文基于传热学原理,依据地表材质特性分类,对每类材质分别建立物理模型,采用有限差分法求解出材质在指定条件下的温度数值。通过采集实际温度数据验证了论文计算模型的准确性。第三,为提高红外仿真真实度,研究并模拟了大气传输、探测器成像过程。提出了一种方便使用的计算大气透过率以及路径辐射的方法。根据探测器成像原理,模拟了成像过程中会干扰成像质量的几何扭曲、渐晕、模糊、噪声效应。论文提出了新的辐射亮度量化方式改善了现有量化方法无法表现出时段与天气变化的问题。并且基于可见光遥感影像纹理调制红外纹理,生成得到逼真的红外图像。最后,针对实际战场环境,模拟了红外烟雾干扰效果。针对实际应用渲染速率需求,提出了成像仿真并行计算渲染方法。采取CPU和GPU结合的方式,在GPU上实现红外辐射能量计算、量化以及成像干扰效应模拟,极大地提高了渲染速率。在此基础上,设计并实现了一套完整的红外实时仿真系统。通过与已有仿真方法结果比对,证明系统能够生成高真实度的红外干扰图像,达到国外红外成熟商业软件仿真水平。本系统已被国防某部门正式投入使用,实际使用表明系统能够12路相机同时实时生成任意观测角度、多条件下的逼真的红外仿真图像。


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