红外场景仿真技术研究及仿真系统开发

发布时间：2017-04-29 05:04

  本文关键词：红外场景仿真技术研究及仿真系统开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：红外成像系统目前在军事领域获得了广泛应用,考虑到应用环境的复杂性,必须进行成像系统性能评价。红外场景仿真技术能够模拟不同型号的成像系统,在不同的气象环境下,对不同场景成像时的效果图,进而对成像系统性能进行综合评估。但是随着应用的深入,对仿真图像细节的表现度,辐射计算的准确性,以及计算效率都有了进一步要求。针对这一需求,开展了红外场景仿真的理论分析和技术研究工作,在此基础上开发了仿真系统。首先根据红外成像过程,分析了红外场景仿真的基本组成部分,给出了虚拟场景构建,辐射计算,大气传输以及红外成像系统等模块的基本模型,并对仿真过程中需要的数据进行了总结。针对温度分辨率、热阴影和计算效率的要求,提出了基于OptiX的自然场景并行温度场计算方法。它利用了GPU的并行计算能力,相对于传统的串行CPU运算,能够显著提高计算效率。同时,利用了OptiX的光线追迹能力,能够表现由于太阳光遮挡形成的热阴影。此外,采用了材质纹理映射与温度纹理反向映射的方式提高了温度分辨率。在辐射计算上提出了多路径并行光线追迹算法,它能够对半球空间进行充分采样,进而提高红外辐射计算精度。另外,采用了蒙特卡罗积分和重要性采样方法来加快辐射计算收敛速度。面对实时性的要求,开发了基于OSG的红外场景仿真系统,采用了可编程渲染语言GLSL进行辐射计算编程,能够根据需要灵活设计辐射算法。仿真结果表明开发的基于OptiX的并行温度计算方法具有较好的温度分辨率,且能表现热阴影效果,理论分析表明温度计算结果与自然变化规律较为一致。多路径并行光线追迹渲染算法理论计算结果与实际仿真结果对比分析可知,如果用于重要性采样的概率密度函数较为准确,则误差较低。基于OSG的红外场景仿真系统能够用于大范围场景的仿真,且具有较好的实时性。本文对红外场景仿真技术方面的研究在一定程度上弥补了现有研究的不足,为后续进行更深入的研究起到了推动作用。
【关键词】：红外场景仿真 红外成像系统性能评价 并行温度场计算 多路径光线追迹 实时仿真系统
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究的目的和意义11-12
• 1.2 国外发展概况12-15
• 1.2.1 经验/半经验模型12-13
• 1.2.2 第一原理模型13-14
• 1.2.3 仿真精度的提高与功能扩展14-15
• 1.3 国外典型仿真软件15-18
• 1.3.1 SE-WORKBENCH多传感器战场建模工作台16
• 1.3.2 数字成像和遥感图像生成模型(DIRSIG)16-17
• 1.3.3 舰船红外模型和海军威胁对抗仿真器(Ship IR/NTCS)17-18
• 1.3.4 Vega仿真软件18
• 1.4 国内红外场景仿真发展概况18-20
• 1.5 论文任务及章节安排20-22
• 1.5.1 论文主要任务20
• 1.5.2 论文章节介绍20-22
• 第2章 红外场景仿真系统设计22-39
• 2.1 红外场景仿真框架设计22-23
• 2.2 虚拟场景构建23-25
• 2.3 辐射计算25-31
• 2.3.1 自发辐射25-26
• 2.3.2 反射辐亮度26-31
• 2.4 大气传输31-33
• 2.5 红外成像系统效应33-37
• 2.5.1 光学系统33-35
• 2.5.2 探测器35-37
• 2.6 仿真数据要求37-38
• 2.7 本章小结38-39
• 第3章 基于Opit X的自然场景并行温度场计算39-53
• 3.1 背景介绍39
• 3.2 Opti X在并行温度场计算中的应用39-41
• 3.3 温度计算模型41-44
• 3.3.1 温度场求解基本方程41-42
• 3.3.2 温度场数值计算方法42-44
• 3.4 数据预处理与组织形式44-47
• 3.5 仿真结果及分析47-52
• 3.5.1 温度采样点数目对温度场效果的影响47-49
• 3.5.2 温度数据保存49-50
• 3.5.3 不同方位角面元温度变化情况50-51
• 3.5.4 不同时刻温度场分布情况51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 Opti X光线追迹仿真系统与OSG实时仿真系统53-76
• 4.1 渲染引擎53-54
• 4.2 相关设计说明54-56
• 4.3 成像系统效果仿真56-57
• 4.4 并行光线追迹红外仿真系统57-66
• 4.4.1 Opti X并行光线追迹渲染引擎57-59
• 4.4.2 多路径光线追迹59-61
• 4.4.3 辐射传输方程61-63
• 4.4.4 仿真结果与分析63-66
• 4.5 OSG实时红外仿真系统66-75
• 4.5.1 OSG集成化渲染引擎67-69
• 4.5.2 红外辐射计算69-72
• 4.5.3 仿真结果72-75
• 4.6 本章小结75-76
• 第5章 总结和展望76-78
• 5.1 论文工作总结76-77
• 5.2 主要创新点77
• 5.3 有待进一步研究的问题77-78
• 参考文献78-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈珊;孙继银;;基于可见光图像的红外场景仿真[J];红外与激光工程;2009年01期

2 李卓;钱丽勋;欧文;;动态红外场景生成新技术[J];红外与激光工程;2012年01期

3 张凯;黄勇;孙力;闫杰;;动态红外场景仿真的灰度调制成像技术[J];红外与激光工程;2012年09期

4 徐正伟,张向东,吴成柯;实时红外场景产生器[J];红外与毫米波学报;1997年03期

5 王艳奎;郑强;;红外场景实时生成驱动算法及应用研究[J];红外;2014年03期

6 刘鑫,张建奇,邵晓鹏;动态红外场景仿真方法研究[J];红外技术;2002年06期

7 葛成良,范国滨,梁正;基于电阻阵列的动态红外场景产生器发展现状[J];激光与光电子学进展;2005年07期

8 高教波;王军;骆延令;胡煜;王吉龙;高飞;郑雅卫;;动态红外场景投射器研究新进展[J];红外与激光工程;2008年S2期

9 于洋;高思莉;汤心溢;;一种可扩展的红外场景仿真系统设计与实现[J];科学技术与工程;2009年18期

10 关英姿;康为民;张学如;;低温背景红外场景产生器研究进展[J];红外与激光工程;2009年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 钱丽勋;李卓;李平;李艳红;范增明;;红外场景生成新技术[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集（上册）[C];2010年

2 高教波;王军;骆延令;胡煜;王吉龙;高飞;郑雅卫;;动态红外场景投射器研究新进展[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

3 关英姿;康为民;朱锴;;低温背景红外场景模拟研究进展[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

4 张勇德;李一凡;黄莎白;;红外场景仿真的原理及方法[A];2001系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2001年

5 张苏佳;陆志沣;;基于数据库的红外场景辐射特性仿真模型研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

6 杜惠杰;雷杰;虞红;;注入式红外动态场景建模仿真技术[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集（上册）[C];2010年

7 张凯;孙力;闫杰;;基于DMD的红外场景仿真器设计及测试[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

8 李平;李卓;;基于LabVIEW的红外场景生成器空间分辨率测试[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

9 金惠松;;IR-CRT与微镜型红外场景产生器应用特性分析[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

10 胡煜;解俊虎;郑雅卫;孙科峰;;一种DMD双波段红外场景模拟系统[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 黄曦;高真实感红外场景实时仿真技术研究[D];西安电子科技大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘清丽;基于Kinect传感器的红外场景增强算法研究[D];中原工学院;2015年

2 汪昊;红外场景仿真技术研究及仿真系统开发[D];北京理工大学;2016年

3 邵晓鹏;地面红外场景模拟[D];西安电子科技大学;2002年

4 解卫博;一种实时红外场景仿真方法研究[D];西安电子科技大学;2006年

5 林凯;一种模块化实时红外场景仿真系统研究[D];西安电子科技大学;2010年

6 孙超;电阻阵列红外场景产生器的仿真设计与微细加工工艺研究[D];电子科技大学;2010年

7 杨瑾;基于实测数据的红外场景仿真[D];西安电子科技大学;2006年

8 王健;基于目标特征模型和GPU的红外场景仿真方法研究[D];西安电子科技大学;2008年

9 张俭;基于核外渲染的大规模红外场景实时仿真系统研究[D];西安电子科技大学;2014年

10 康杰;用于动态红外场景产生器的TaN薄膜研究[D];电子科技大学;2009年

  本文关键词：红外场景仿真技术研究及仿真系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：334226