本文關(guān)鍵詞：紅外場景仿真技術(shù)研究及仿真系統(tǒng)開發(fā)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：紅外成像系統(tǒng)目前在軍事領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用,考慮到應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性,必須進(jìn)行成像系統(tǒng)性能評價(jià)。紅外場景仿真技術(shù)能夠模擬不同型號的成像系統(tǒng),在不同的氣象環(huán)境下,對不同場景成像時(shí)的效果圖,進(jìn)而對成像系統(tǒng)性能進(jìn)行綜合評估。但是隨著應(yīng)用的深入,對仿真圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)度,輻射計(jì)算的準(zhǔn)確性,以及計(jì)算效率都有了進(jìn)一步要求。針對這一需求,開展了紅外場景仿真的理論分析和技術(shù)研究工作,在此基礎(chǔ)上開發(fā)了仿真系統(tǒng)。首先根據(jù)紅外成像過程,分析了紅外場景仿真的基本組成部分,給出了虛擬場景構(gòu)建,輻射計(jì)算,大氣傳輸以及紅外成像系統(tǒng)等模塊的基本模型,并對仿真過程中需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)。針對溫度分辨率、熱陰影和計(jì)算效率的要求,提出了基于OptiX的自然場景并行溫度場計(jì)算方法。它利用了GPU的并行計(jì)算能力,相對于傳統(tǒng)的串行CPU運(yùn)算,能夠顯著提高計(jì)算效率。同時(shí),利用了OptiX的光線追跡能力,能夠表現(xiàn)由于太陽光遮擋形成的熱陰影。此外,采用了材質(zhì)紋理映射與溫度紋理反向映射的方式提高了溫度分辨率。在輻射計(jì)算上提出了多路徑并行光線追跡算法,它能夠?qū)Π肭蚩臻g進(jìn)行充分采樣,進(jìn)而提高紅外輻射計(jì)算精度。另外,采用了蒙特卡羅積分和重要性采樣方法來加快輻射計(jì)算收斂速度。面對實(shí)時(shí)性的要求,開發(fā)了基于OSG的紅外場景仿真系統(tǒng),采用了可編程渲染語言GLSL進(jìn)行輻射計(jì)算編程,能夠根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)輻射算法。仿真結(jié)果表明開發(fā)的基于OptiX的并行溫度計(jì)算方法具有較好的溫度分辨率,且能表現(xiàn)熱陰影效果,理論分析表明溫度計(jì)算結(jié)果與自然變化規(guī)律較為一致。多路徑并行光線追跡渲染算法理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際仿真結(jié)果對比分析可知,如果用于重要性采樣的概率密度函數(shù)較為準(zhǔn)確,則誤差較低�；贠SG的紅外場景仿真系統(tǒng)能夠用于大范圍場景的仿真,且具有較好的實(shí)時(shí)性。本文對紅外場景仿真技術(shù)方面的研究在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有研究的不足,為后續(xù)進(jìn)行更深入的研究起到了推動作用。
【關(guān)鍵詞】：紅外場景仿真 紅外成像系統(tǒng)性能評價(jià) 并行溫度場計(jì)算 多路徑光線追跡 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 研究的目的和意義11-12
• 1.2 國外發(fā)展概況12-15
• 1.2.1 經(jīng)驗(yàn)/半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>12-13
• 1.2.2 第一原理模型13-14
• 1.2.3 仿真精度的提高與功能擴(kuò)展14-15
• 1.3 國外典型仿真軟件15-18
• 1.3.1 SE-WORKBENCH多傳感器戰(zhàn)場建模工作臺16
• 1.3.2 數(shù)字成像和遙感圖像生成模型(DIRSIG)16-17
• 1.3.3 艦船紅外模型和海軍威脅對抗仿真器(Ship IR/NTCS)17-18
• 1.3.4 Vega仿真軟件18
• 1.4 國內(nèi)紅外場景仿真發(fā)展概況18-20
• 1.5 論文任務(wù)及章節(jié)安排20-22
• 1.5.1 論文主要任務(wù)20
• 1.5.2 論文章節(jié)介紹20-22
• 第2章 紅外場景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)22-39
• 2.1 紅外場景仿真框架設(shè)計(jì)22-23
• 2.2 虛擬場景構(gòu)建23-25
• 2.3 輻射計(jì)算25-31
• 2.3.1 自發(fā)輻射25-26
• 2.3.2 反射輻亮度26-31
• 2.4 大氣傳輸31-33
• 2.5 紅外成像系統(tǒng)效應(yīng)33-37
• 2.5.1 光學(xué)系統(tǒng)33-35
• 2.5.2 探測器35-37
• 2.6 仿真數(shù)據(jù)要求37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-39
• 第3章 基于Opit X的自然場景并行溫度場計(jì)算39-53
• 3.1 背景介紹39
• 3.2 Opti X在并行溫度場計(jì)算中的應(yīng)用39-41
• 3.3 溫度計(jì)算模型41-44
• 3.3.1 溫度場求解基本方程41-42
• 3.3.2 溫度場數(shù)值計(jì)算方法42-44
• 3.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理與組織形式44-47
• 3.5 仿真結(jié)果及分析47-52
• 3.5.1 溫度采樣點(diǎn)數(shù)目對溫度場效果的影響47-49
• 3.5.2 溫度數(shù)據(jù)保存49-50
• 3.5.3 不同方位角面元溫度變化情況50-51
• 3.5.4 不同時(shí)刻溫度場分布情況51-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第4章 Opti X光線追跡仿真系統(tǒng)與OSG實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)53-76
• 4.1 渲染引擎53-54
• 4.2 相關(guān)設(shè)計(jì)說明54-56
• 4.3 成像系統(tǒng)效果仿真56-57
• 4.4 并行光線追跡紅外仿真系統(tǒng)57-66
• 4.4.1 Opti X并行光線追跡渲染引擎57-59
• 4.4.2 多路徑光線追跡59-61
• 4.4.3 輻射傳輸方程61-63
• 4.4.4 仿真結(jié)果與分析63-66
• 4.5 OSG實(shí)時(shí)紅外仿真系統(tǒng)66-75
• 4.5.1 OSG集成化渲染引擎67-69
• 4.5.2 紅外輻射計(jì)算69-72
• 4.5.3 仿真結(jié)果72-75
• 4.6 本章小結(jié)75-76
• 第5章 總結(jié)和展望76-78
• 5.1 論文工作總結(jié)76-77
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)77
• 5.3 有待進(jìn)一步研究的問題77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單84-85
• 致謝85

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