本文關(guān)鍵詞：紅外視景仿真關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：紅外視景仿真技術(shù)可以逼真地生成各種復(fù)雜環(huán)境和干擾條件下目標(biāo)與背景的紅外圖像，為光電成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)和場(chǎng)景分析、產(chǎn)品測(cè)試提供環(huán)境和數(shù)據(jù)，縮短相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)周期和節(jié)約實(shí)驗(yàn)費(fèi)用等。國(guó)外對(duì)此類軟件和技術(shù)有嚴(yán)格的出口限制，而國(guó)內(nèi)對(duì)此又有強(qiáng)烈的需求，為此，本文研究了三維紅外視景仿真中的關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行了視景仿真系統(tǒng)的算法優(yōu)化，研制了初步的紅外視景仿真軟件。本文完成的主要工作如下： (1)針對(duì)目前紅外視景仿真模型中紅外光照模型的問題，在預(yù)測(cè)景物熱物理特征的基礎(chǔ)上，，改進(jìn)了一種基于可見光Blinn-Phong反射模型的紅外光照模型。模型充分考慮了場(chǎng)景中各種輻射源與物體表面間輻射能量的傳遞關(guān)系，并以此來計(jì)算物體的輻射強(qiáng)度。在景物紅外高光模擬中，提出一種基于景物幾何特征的反射區(qū)域輻射能量計(jì)算方法來確定該點(diǎn)的輻射出射度，且該方法可以描述景物高光區(qū)域隨視點(diǎn)變化的動(dòng)態(tài)過程。 (2)針對(duì)三維紅外視景仿真中較大規(guī)模背景場(chǎng)景紅外紋理仿真缺乏有效方法問題，提出一種基于可見光圖像的紅外圖像紋理生成方法。在將景物三維導(dǎo)熱問題簡(jiǎn)化為一維導(dǎo)熱處理的基礎(chǔ)上，建立了景物表面熱平衡方程并由其求解一天中不同時(shí)刻的均值溫度。同時(shí)，以相應(yīng)景物的可見光圖像為參照，基于同景物的紅外圖像溫度分布范圍，確定紅外圖像的灰度分布關(guān)系，并將對(duì)應(yīng)景物溫度分布偏差的灰度信息疊加在相關(guān)景物上，構(gòu)成對(duì)應(yīng)景物的紅外圖像紋理。 (3)基于圖像金字塔降質(zhì)原理，提出一種基于景物空間頻率變化的紅外圖像紋理生成模型。模型以成像系統(tǒng)探測(cè)器限制的奈奎斯特頻率為依據(jù)，以景物成像距離為景物空間頻率變化參量進(jìn)行空間濾波，對(duì)零視距景物紋理進(jìn)行高頻衰減，同時(shí)，按照熱成像系統(tǒng)最小可分辨溫差(MRTD)進(jìn)行灰度再現(xiàn)，仿真對(duì)應(yīng)場(chǎng)景的紅外圖像紋理。 (4)研究了以數(shù)據(jù)庫(kù)查找表作為紅外視景仿真數(shù)據(jù)的管理方法，通過查找數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的表征場(chǎng)景景物幾何數(shù)據(jù)、熱物理特征數(shù)據(jù)、光學(xué)特性數(shù)據(jù)等各類信息，可為紅外仿真提供方便的數(shù)據(jù)源，并存儲(chǔ)場(chǎng)景參數(shù)改變后計(jì)算的中間結(jié)果，避免了場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)時(shí)的重復(fù)計(jì)算。 在上述紅外視景仿真關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，研發(fā)了三維紅外視景仿真軟件，并進(jìn)行了初步的紅外成像仿真模擬，為后繼的進(jìn)一步研發(fā)工作創(chuàng)造了條件。
【關(guān)鍵詞】：紅外視景仿真 熱物理特征 紅外光照模型 紅外圖像紋理 空間頻率 特征數(shù)據(jù)管理
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41;O434.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-28
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-25
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.3 現(xiàn)存問題和不足25
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排25-28
• 第2章 地物熱物理特征計(jì)算及分析28-52
• 2.1 物體紅外特性概述28-30
• 2.1.1 黑體和發(fā)射率28-29
• 2.1.2 溫度29-30
• 2.2 地物溫度熱傳導(dǎo)方程30-32
• 2.2.1 熱傳導(dǎo)方程30-31
• 2.2.2 熱傳導(dǎo)方程的邊界條件31
• 2.2.3 地物表面能量平衡方程31-32
• 2.3 影響地物表面溫度相關(guān)因素及分析32-39
• 2.3.1 氣溫的變化33
• 2.3.2 環(huán)境相對(duì)濕度變化33-34
• 2.3.3 太陽(yáng)短波輻照度34-36
• 2.3.4 大氣長(zhǎng)波輻射36-37
• 2.3.5 地物自身的輻射37
• 2.3.6 顯熱交換通量37
• 2.3.7 潛熱交換通量37-38
• 2.3.8 地物表面熱傳導(dǎo)通量38-39
• 2.4 地物溫度模擬參數(shù)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)39-43
• 2.4.1 地物溫度模擬參數(shù)39
• 2.4.2 測(cè)溫儀校正39-42
• 2.4.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)42-43
• 2.5 溫度模擬及分析43-51
• 2.5.1 地表溫度模擬及分析43-49
• 2.5.2 壁面溫度模擬及分析49-51
• 2.6 本章小結(jié)51-52
• 第3章 基于 BLINN-PHONG 模型的紅外光照模型及高光特性模擬52-78
• 3.1 基于 Blinn-Phong 的紅外光照模型53-62
• 3.1.1 雙向反射分布模型53-57
• 3.1.2 可見光光照模型57-58
• 3.1.3 基于 Blinn-Phong 的紅外光照模型58-62
• 3.2 基于景物幾何特征的紅外高光反射模擬62-66
• 3.2.1 高溫物體貢獻(xiàn)點(diǎn)的判斷63-65
• 3.2.2 紅外高光反射模擬過程65-66
• 3.3 輻射能量與紅外仿真圖像灰度的映射66
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析66-76
• 3.4.1 紅外高光模擬及分析66-70
• 3.4.2 自然地物模擬及分析70-72
• 3.4.3 紅外成像系統(tǒng)效應(yīng)模擬72-76
• 3.5 本章小結(jié)76-78
• 第4章 紅外圖像紋理生成模型78-101
• 4.1 基于可見光圖像的紅外圖像紋理仿真79-90
• 4.1.1 紅外物理紋理模型79-80
• 4.1.2 單一組分景物的紅外圖像紋理模擬80-84
• 4.1.3 混合組分景物的紅外圖像紋理模擬84-89
• 4.1.4 結(jié)論89-90
• 4.2 基于景物空間頻率的紅外圖像紋理生成模型90-95
• 4.2.1 圖像金字塔90-91
• 4.2.2 基于距離信息的空間頻率濾波91-93
• 4.2.3 基于最小可分辨溫差(MRTD)的紅外紋理圖像濾波93-95
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析95-99
• 4.3.1 紅外紋理仿真圖像與實(shí)拍圖像的對(duì)比及分析95-98
• 4.3.2 紅外紋理仿真圖像與直接縮放仿真圖像對(duì)比及分析98-99
• 4.4 本章小結(jié)99-101
• 第5章 基于數(shù)據(jù)庫(kù)查表法的仿真數(shù)據(jù)管理及紅外視景仿真軟件101-121
• 5.1 基于數(shù)據(jù)庫(kù)查表法的仿真數(shù)據(jù)管理102-106
• 5.1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)查找表103-105
• 5.1.2 圖像繪制流程105-106
• 5.2 紅外視景仿真系統(tǒng)106-108
• 5.2.1 系統(tǒng)目標(biāo)106-107
• 5.2.2 技術(shù)方案107
• 5.2.3 功能模塊劃分107-108
• 5.3 紅外視景仿真系統(tǒng)主要模塊108-114
• 5.3.1 場(chǎng)景幾何模型109-110
• 5.3.2 攝像機(jī)110
• 5.3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)110-111
• 5.3.4 模型導(dǎo)入111-112
• 5.3.5 場(chǎng)景保存112
• 5.3.6 場(chǎng)景幾何參數(shù)設(shè)置112
• 5.3.7 場(chǎng)景紅外特性參數(shù)設(shè)置112-113
• 5.3.8 數(shù)據(jù)預(yù)處理113
• 5.3.9 紅外視景仿真生成113-114
• 5.3.10 場(chǎng)景加載114
• 5.4 紅外視景仿真示例114-120
• 5.5 本章小結(jié)120-121
• 結(jié)論與展望121-125
• 參考文獻(xiàn)125-137
• 符號(hào)表137-141
• 致謝141-143
• 博士期間發(fā)表的文章和科研情況143

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：362173