典型目標(biāo)場景的紅外成像仿真研究.pdf

1、紅外成像制導(dǎo)具有在黑暗環(huán)境中目標(biāo)識別能力強(qiáng)、能夜間打擊目標(biāo)、制導(dǎo)精度高和很強(qiáng)的抗干擾能力等特點，已成為現(xiàn)代精確制導(dǎo)武器的重要組成部分。在紅外成像制導(dǎo)武器的研制過程中，需要提供大量的各種場景的紅外圖像作為輸入進(jìn)行測試。然而，現(xiàn)場實拍得到的只是當(dāng)時氣象條件下的紅外圖像，并不能表達(dá)其它氣象條件下的紅外場景，若全部實拍需要耗費(fèi)很長的時間及大量的人力物力，況且許多軍事目標(biāo)是無法拍攝到的。而紅外成像仿真技術(shù)可為解決這類問題提供一種極為有效、經(jīng)濟(jì)的途

2、徑，對現(xiàn)代精確制導(dǎo)武器的開發(fā)和研制來說具有十分重要的意義。 本文圍繞典型目標(biāo)場景的紅外成像仿真，對建筑物、橋梁/水面和鐵道等典型目標(biāo)場景紅外成像熱模型的建立及其場景的紅外圖像繪制、紅外熱像系統(tǒng)自動增益和偏移的調(diào)整及其大氣傳輸和紅外成像系統(tǒng)效應(yīng)的模擬展開深入的研究。與傳統(tǒng)方法不同的是，我們綜合了傳熱學(xué)、紅外物理和計算機(jī)圖形學(xué)等學(xué)科的相關(guān)知識，著眼于紅外成像仿真的熱模型的建立和紅外真實感繪制，并利用圖形硬件(GPU)進(jìn)行高質(zhì)量的快

3、速仿真。 在本文的第二章中，我們對建筑物場景的紅外真實感成像進(jìn)行了探討。根據(jù)能量守恒定律建立建筑物外表面的熱量平衡方程，采用有限容積法求解外表面的溫度場，提出了一個基于物理的紅外仿真熱模型；在圖像分割和紅外材質(zhì)庫的基礎(chǔ)上，提出了一種由可見光圖像生成紅外紋理圖像的方法；根據(jù)紅外輻射的原理，重點考慮太陽輻射的影響，把問題簡化為固定軌道上的線性光源的光照問題，采用遮擋區(qū)間預(yù)計算和GPU加速，提出了一種有效的建筑物場景的紅外陰影快速繪

4、制算法。 橋梁目標(biāo)的紅外特征分析在軍事交通領(lǐng)域具有特別重要的意義。本文第三章通過分析橋梁的熱過程，使用有限容積法建立橋梁的熱平衡方程，經(jīng)過附加源項和局部線性化處理，得到一個具有統(tǒng)一形式的離散線性方程組，采用交替方向隱式方法(ADl)求解溫度場，生成橋梁的紅外圖像；考慮了水體本身的吸熱(或放熱)和有效發(fā)射率的方向性，提出了一個改進(jìn)的水面紅外輻射計算模型，利用JONSWAP功率譜模型獲取水面的高度場，提出了一個基于“不變網(wǎng)格映射”

5、的GPU加速繪制算法，生成橋梁和水面場景的紅外合成圖像，從而實現(xiàn)了橋梁和水面場景的紅外成像仿真。鐵路軌道目前仍是交通運(yùn)輸?shù)拇髣用}，而考慮大氣傳輸和成像系統(tǒng)效應(yīng)的鐵路場景紅外成像仿真的研究尚很少有人涉及。本文第四章的前半部分我們分析了影響鋼軌發(fā)射率大小的因素，提出了一個簡化的鐵道溫度場計算模型，根據(jù)發(fā)射率的方向性繪制出鐵路場景的紅外圖像；并采用基于溫度窗的控制方法，用來模擬紅外熱像系統(tǒng)隨場景變化而自動調(diào)整增益和偏移，以使高動態(tài)范圍的紅外圖