紅外成像系統(tǒng)模擬器研制及其在系統(tǒng)性能評(píng)估中的應(yīng)用.pdf

1、隨著紅外成像技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外成像系統(tǒng)性能大大提高，與此同時(shí)，新技術(shù)的應(yīng)用，使得影響紅外成像系統(tǒng)性能的因素也發(fā)生變化，因此，對紅外成像系統(tǒng)性能評(píng)估方法提出了更多的要求。針對傳統(tǒng)半實(shí)物仿真和注入式仿真設(shè)備在紅外成像系統(tǒng)性能評(píng)估中表現(xiàn)出的不足，提出構(gòu)建一套低成本、可重構(gòu)、能夠真實(shí)仿真紅外成像物理過程的紅外成像系統(tǒng)模擬器，將其用于紅外成像系統(tǒng)的性能測試與評(píng)估。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在深入研究紅外成像物理過程的基礎(chǔ)上，采用全鏈路仿

2、真的思想，構(gòu)建紅外成像系統(tǒng)仿真理論框架，并對影響系統(tǒng)成像質(zhì)量的成像物理效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確建模。⑵根據(jù)紅外成像系統(tǒng)仿真理論框架和理論模型，給出了紅外成像系統(tǒng)模擬器的研制架構(gòu)：將三維場景和大氣傳輸效應(yīng)的仿真放在計(jì)算機(jī)端，采用OGRE技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；將紅外成像系統(tǒng)本身的成像物理效應(yīng)等效為信號(hào)響應(yīng)特性、調(diào)制傳遞特性和系統(tǒng)噪聲特性，放在以FPGA并行數(shù)字信號(hào)處理器為核心開發(fā)的單板信號(hào)處理平臺(tái)上進(jìn)行高速并行實(shí)時(shí)計(jì)算。針對紅外探測器后端信號(hào)處理機(jī)的性能測

3、試與評(píng)估，專門設(shè)計(jì)了八通道低噪聲數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于真實(shí)仿真紅外探測器的模擬信號(hào)輸出特性。另外，專門設(shè)計(jì)開發(fā)了高色深圖像顯示模塊，用于顯示高像素量化精度的紅外圖像，呈現(xiàn)更多的圖像灰度等級(jí)，有利于紅外成像系統(tǒng)的性能測試與評(píng)估。最后，將紅外成像系統(tǒng)模擬器仿真輸出圖像和真實(shí)熱像儀實(shí)拍圖像進(jìn)行比較，用多種圖像相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)來驗(yàn)證紅外成像系統(tǒng)模擬器的置信度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文研制開發(fā)的紅外成像系統(tǒng)模擬器是合理、有效的，具有較高的置信度，能夠?qū)⑵溆糜诩t

4、外成像系統(tǒng)性能測試與評(píng)估中。⑶利用紅外成像系統(tǒng)模擬器搭建人眼視覺感知特性測試平臺(tái)，采用非周期三角靶標(biāo)測試人眼視覺對比度閾值特性。實(shí)驗(yàn)采用強(qiáng)制四選一無偏心理測量方法，統(tǒng)計(jì)了20位觀察者在三種不同背景光亮度下，對7種不同空間頻率三角靶標(biāo)方位的鑒別數(shù)據(jù)。利用Weibull心理測量函數(shù)分析測試數(shù)據(jù)，獲得了面向三角靶標(biāo)的人眼對比度閾值曲線。通過對測試數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，借鑒傳統(tǒng)人眼對比敏感函數(shù)的建模思想，提出了面向三角靶標(biāo)的人眼對比度閾值特性擬合表征

5、模型TODCTF。由于三角靶標(biāo)更接近真實(shí)非周期目標(biāo)的特性，因此，將TODCTF模型用于紅外成像系統(tǒng)性能建模將更加貼近系統(tǒng)對真實(shí)目標(biāo)的觀察特性。⑷以面向三角靶標(biāo)的人眼對比度閾值函數(shù)TODCTF為基礎(chǔ)，借鑒NVThermIP模型的建模思想，建立了基于TODCTF的紅外成像系統(tǒng)性能評(píng)估模型。利用紅外成像系統(tǒng)模擬器仿真輸出圖像進(jìn)行系統(tǒng)作用距離測試試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果和NVThermIP模型的理論預(yù)測結(jié)果與基于TODCTF的紅外成像系統(tǒng)性能模型的理論