一種紅外成像模擬方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外成像模擬方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外成像模擬方法主要用于為紅外探測(cè)系統(tǒng)的抗干擾測(cè)試提供輸入，同時(shí)也廣泛 用于為目標(biāo)識(shí)別算法、或者圖像處理算法等算法研宄提供輸入。
[0003] 目前常用的紅外成像模擬方法有：物理效應(yīng)模擬實(shí)現(xiàn)方法和數(shù)字模擬實(shí)現(xiàn)方法； 其中物理效應(yīng)模擬實(shí)現(xiàn)方法需要用到大量的光學(xué)元器件，受工藝限制，成本高，因此數(shù)字模 擬實(shí)現(xiàn)方法越來(lái)越得到廣泛研宄和應(yīng)用。
[0004] 而目前常用的數(shù)字模擬實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)結(jié)果，搭建近似的紅 外特性數(shù)字分布模型，包括熱輻射特性、環(huán)境輻射特性、路徑輻射特性等，這種方式受限于 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量的大小和成本。
[0005] 因此現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種可以靈活實(shí)現(xiàn)紅外成像模擬仿真的方法，需要發(fā)明一種 紅外成像模擬方法及系統(tǒng)，為紅外探測(cè)抗干擾技術(shù)研宄、目標(biāo)識(shí)別算法研宄、及圖像處理等 算法研宄等各項(xiàng)研宄工作提供良好的支撐平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種紅外成像模擬方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)需要受 限于工藝限制和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量的問(wèn)題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：
[0008] -種紅外成像模擬方法，包括：
[0009] 構(gòu)建被成像體的立體幾何模型及紅外特性模型；
[0010] 根據(jù)所述立體幾何模型和紅外特性模型計(jì)算所述被成像體各組成面輻射到紅外 探測(cè)器表面的紅外輻射能量；
[0011] 根據(jù)所述立體幾何模型和所述紅外輻射能量計(jì)算并生成所述被成像體在光學(xué)接 收器上表征所述紅外輻射能量的紅外成像投影。
[0012] 優(yōu)選的，在根據(jù)所述立體幾何模型和所述紅外輻射能量計(jì)算并生成所述被成像體 在光學(xué)接收器上表征所述紅外輻射能量的紅外成像投影的同時(shí)，所述紅外成像模擬方法還 包括：
[0013] 根據(jù)預(yù)設(shè)的光學(xué)系統(tǒng)的像差彌散圓半徑，對(duì)所述被成像體的邊緣各投影點(diǎn)的彌散 圓投影點(diǎn)成像。
[0014] 優(yōu)選的，在根據(jù)預(yù)設(shè)的光學(xué)系統(tǒng)的像差彌散圓半徑，對(duì)所述被成像體的邊緣各投 影點(diǎn)的彌散圓投影點(diǎn)成像的同時(shí)，所述紅外成像模擬方法還包括：對(duì)所述紅外成像投影進(jìn) 行噪聲疊加和模糊化處理。
[0015] 優(yōu)選的，所述構(gòu)建被成像體的立體幾何模型及紅外特性模型的步驟包括：
[0016] 根據(jù)所述被成像體的幾何數(shù)據(jù)，將所述被成像體分解為多個(gè)三角形、矩形、或者菱 形組成的各組成面，構(gòu)建所述被成像體的立體幾何模型；
[0017] 根據(jù)所述被成像體的紅外特性，添加對(duì)應(yīng)的紅外特性參數(shù)，構(gòu)建所述被成像體的 紅外特性模型。
[0018] 優(yōu)選的，根據(jù)所述立體幾何模型和紅外特性模型計(jì)算所述被成像體各組成面輻射 到紅外探測(cè)器表面的紅外輻射能量的步驟包括：
[0019] 分別計(jì)算所述被成像體各組成面的物體本身熱輻射、太陽(yáng)輻射、環(huán)境輻射、路徑輻 射及大氣透射比；
[0020] 對(duì)所述被成像體各組成面的物體本身熱輻射、太陽(yáng)輻射、環(huán)境輻射、路徑輻射及大 氣透射比相加求和。
[0021] 優(yōu)選的，根據(jù)所述立體幾何模型和所述紅外輻射能量計(jì)算并生成所述被成像體在 光學(xué)接收器上表征所述紅外輻射能量的紅外成像投影的步驟包括：
[0022] 在所述光學(xué)接收器表面所在平面建立坐標(biāo)系；
[0023] 將所述被成像體各組成面的各個(gè)頂點(diǎn)對(duì)所述坐標(biāo)系進(jìn)行投影，得到所述各個(gè)頂點(diǎn) 相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；
[0024] 判斷所述被成像體各組成面相對(duì)于所述光學(xué)接收器表面所在平面的遮擋關(guān)系；
[0025] 確定構(gòu)成投影的所述被成像體各條邊的所有投影點(diǎn)；
[0026] 計(jì)算構(gòu)成投影的所述被成像體各條邊的所有投影點(diǎn)的坐標(biāo)，并將各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換 為圖像數(shù)據(jù)矩陣中的行列索引；
[0027] 將所述被成像體各組成面輻射到所述紅外探測(cè)器表面的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的灰度，并填充至相應(yīng)的投影面。
[0028] 優(yōu)選的，對(duì)所述紅外成像投影進(jìn)行噪聲疊加和模糊化處理的步驟包括：
[0029] 由概率統(tǒng)計(jì)分布方法模擬噪聲疊加；
[0030] 根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)，構(gòu)造生成光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)隨歸一化頻率變化的數(shù)據(jù)對(duì)；
[0031] 利用數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，使其頻率響應(yīng)特性與構(gòu)造的所述 光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)隨歸一化頻率變化的數(shù)據(jù)對(duì)一致；
[0032] 根據(jù)一維的所述低通濾波器生成二維濾波器；
[0033] 利用所述二維濾波器根據(jù)卷積算法對(duì)圖像數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行空間濾波。
[0034] 一種紅外成像模擬系統(tǒng)，包括：
[0035] 模型建立模塊，用于構(gòu)建被成像體的立體幾何模型及紅外特性模型；
[0036] 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述立體幾何模型和紅外特性模型計(jì)算所述被成像體各組成 面輻射到紅外探測(cè)器表面的紅外輻射能量；
[0037] 成像模塊，用于根據(jù)所述立體幾何模型和所述紅外輻射能量計(jì)算并生成所述被成 像體在光學(xué)接收器上表征所述紅外輻射能量的紅外成像投影。
[0038] 優(yōu)選的，所述成像模塊還用于：根據(jù)預(yù)設(shè)的光學(xué)系統(tǒng)的像差彌散圓半徑，對(duì)所述被 成像體的邊緣各投影點(diǎn)的彌散圓投影點(diǎn)成像。
[0039] 優(yōu)選的，所述成像模塊還用于：對(duì)所述紅外成像投影進(jìn)行噪聲疊加和模糊化處理。
[0040] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N紅外成像模擬方法，首先構(gòu)建被成像體的立體幾何模型及紅外特 性模型；然后根據(jù)所述立體幾何模型和紅外特性模型計(jì)算所述被成像體各組成面輻射到紅 外探測(cè)器表面的紅外輻射能量；再根據(jù)所述立體幾何模型和所述紅外輻射能量計(jì)算并生成 所述被成像體在光學(xué)接收器上表征所述紅外輻射能量的紅外成像投影。不僅不依賴于受工 藝限制的光學(xué)元器件，同時(shí)能夠降低對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)結(jié)果的依賴，能夠根據(jù)所述立 體幾何模型及紅外特性模型進(jìn)行紅外成像模擬過(guò)程的在線計(jì)算，并根據(jù)其計(jì)算結(jié)果得到表 征所述紅外輻射能量的所述紅外成像投影，解決了現(xiàn)有技術(shù)受限于工藝限制和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量 的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0042] 圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種紅外成像模擬方法流程圖；
[0043] 圖2為本申請(qǐng)另一實(shí)施例提供的一種紅外成像模擬方法的部分流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0045] 本發(fā)明提供了一種紅外成像模擬方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)需要受限于工藝限制和實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)量的問(wèn)題。
[0046] 具體的，如圖1所示，所述紅外成像模擬方法包括：
[0047] S101、構(gòu)建被成像體的立體幾何模型及紅外特性模型；
[0048] 具體的，根據(jù)所述被成像體的幾何數(shù)據(jù)，將所述被成像體分解為多個(gè)三角形、矩 形、或者菱形組成的各組成面，構(gòu)建所述被成像體的立體幾何模型；
[0049] 根據(jù)所述被成像體的紅外特性，添加對(duì)應(yīng)的紅外特性參數(shù)，構(gòu)建所述被成像體的 紅外特性模型。
[0050] 其中，所述幾何數(shù)據(jù)可以包括形狀、尺寸等數(shù)據(jù)。對(duì)于圓形干擾體，則可以分解為 由大量足夠微小的三角形或四邊形平面組成。
[0051] 在具體的應(yīng)用中，將所述被成像體分解為多個(gè)三角形、矩形、或者菱形后，還可以 對(duì)各個(gè)平面進(jìn)行編號(hào)，作為唯一的標(biāo)識(shí)；并且還可以選取一個(gè)直角坐標(biāo)系，定義每個(gè)平面各 個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0052] 此外，構(gòu)建的紅外特性模型，添加的紅外特性參數(shù)，可以包括溫度、輻射率、漫反射 率等。
[0053] S102、根據(jù)所述立體幾何模型和紅外特性模型計(jì)算所述被成像體各組成面輻射到 紅外探測(cè)器表面的紅外輻射能量；
[0054] 具體的，分別計(jì)算所述被成像體各組成面的物體本身熱輻射、太陽(yáng)輻射、環(huán)境輻 射、路徑輻射，及大氣透射比；
[0055] 對(duì)所述被成像體各組成面的物體本身熱輻射、太陽(yáng)輻射、環(huán)境輻射、路徑輻射及大 氣透射比相加求和。
[0056] 其中，物體本身熱輻射的計(jì)算方式為：根據(jù)所述被成像體各平面的溫度，計(jì)算其對(duì) 應(yīng)的黑體輻射能量，并根據(jù)其輻射率、漫反射率進(jìn)行修正；
[0057] 太陽(yáng)輻射的計(jì)算方式可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)建立太陽(yáng)光譜輻射照度隨波長(zhǎng)的變 化模型，然后根據(jù)設(shè)置的紅外探測(cè)器工作波段對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)（區(qū)分白天和夜晚）進(jìn)行波 段積分；
[0058] 環(huán)境輻射的計(jì)算方式為：所述被成像體表面的環(huán)境輻射可以考慮天空輻射，也可 以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)建立天空輻射能量隨波長(zhǎng)的變化模型，然后根據(jù)設(shè)置的紅外探測(cè)器工 作波段對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)（區(qū)分白天和夜晚）進(jìn)行波段積分；
[0059] 路徑輻射的計(jì)算方式為：根據(jù)先驗(yàn)公式計(jì)算所述被成像體與紅外探測(cè)器之間的路 徑輻射，先驗(yàn)公式是所述被成像體與紅外探測(cè)器之間的相對(duì)距離、相對(duì)角度、以及所述被成 像體所處環(huán)境溫度等相關(guān)參數(shù)的函數(shù)；
[0060] 大氣透射比的計(jì)算方式為：在相對(duì)濕度、大氣溫度、能見(jiàn)度、雨雪天氣等不同條件 下，大氣透射比率不同，可以根據(jù)