基于光线追踪的空间面目标可见光成像仿真技术研究
发布时间：2021-08-30 10:52
航天技术的快速发展使得空间环境日益复杂,为了有效侦察与监视未知或敌国空间目标,尤其是近程面目标,各类空间相机已先后被投入开发研制,然而相机产品出厂测试与鉴定需要大量测试图像支持,由于实测图像样本数量有限且实验条件苛刻,基于计算机设备进行空间目标场景特性仿真可以有效解决输入图像数据不足的问题。本课题基于光线追踪的计算机图形渲染方法,就近距离空间面目标的可见光波段成像仿真技术展开研究,主要研究工作包含以下几个方面:在空间目标特性研究方面,提出了以目标本体坐标系为参考坐标系的空间目标相对位姿描述方法。分析了目标模型的数据结构和几何特性,对面元数量庞大的复杂模型提出了面元相似合并方法,使得面元数量降低50%以上,大大降低了运算量。在目标表面材质特性表征方面,基于实测数据构建了BRDF参数模型,解决了目标特性仿真时物性参数难于确定的问题。在空间相机仿真模型构建方面,提出了利用关于出射光方向与入射方向的函数来表示实际光学系统的办法,将光学系统对成像效果的影响耦合到光线追踪过程中,通过光学系统参数与探测系统参数的设定实现了成像效果的模拟。同时,根据能量传输与光电转换原理,推导了路径追踪方式下像素灰度...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[38]仿真效果
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-研究中心进行了星载相机成像仿真的相关研究[38]。利用光线追踪技术，完成了初始图像的获取，再根据光传输MTF特性，对输出图像进行后处理，得到了较好的仿真结果。其中背景画面是使用了地球表面贴图，并使用简单的大气传输MTF特性进行快速处理后的结果。图1-2文献[38]仿真效果2013年，中国科学院大学工程管理与信息技术学院的学者提出了一种光线追踪的空间目标成像仿真方法[38]，结合星等能量的计算和点扩散函数的退化处理，能够仿真远距离星空背景下点目标的跟踪成像，但近距离的面目标成像结果仍存在一些不足，例如二次反射能量的计算错误，导致成像效果真实性较低。a)点目标跟踪成像b)面目标成像图1-3文献[39]不同工作模式仿真效果2015年，上海宇航系统工程研究研究员所针对空间目标的可见光散射特性成像仿真展开了一定研究，提出了一种散射面灰度值的计算方式，仿真了在太阳光下，各向异性的散射成像效果[40]。图1-4文献[40]散射特性仿真效果
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-研究中心进行了星载相机成像仿真的相关研究[38]。利用光线追踪技术，完成了初始图像的获取，再根据光传输MTF特性，对输出图像进行后处理，得到了较好的仿真结果。其中背景画面是使用了地球表面贴图，并使用简单的大气传输MTF特性进行快速处理后的结果。图1-2文献[38]仿真效果2013年，中国科学院大学工程管理与信息技术学院的学者提出了一种光线追踪的空间目标成像仿真方法[38]，结合星等能量的计算和点扩散函数的退化处理，能够仿真远距离星空背景下点目标的跟踪成像，但近距离的面目标成像结果仍存在一些不足，例如二次反射能量的计算错误，导致成像效果真实性较低。a)点目标跟踪成像b)面目标成像图1-3文献[39]不同工作模式仿真效果2015年，上海宇航系统工程研究研究员所针对空间目标的可见光散射特性成像仿真展开了一定研究，提出了一种散射面灰度值的计算方式，仿真了在太阳光下，各向异性的散射成像效果[40]。图1-4文献[40]散射特性仿真效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外侦察监视卫星发展综述[J]. 刘韬,徐冰. 国际太空. 2020(02)
[2]Unreal Engine4在影视场景中的运用[J]. 葛小丁. 现代电视技术. 2019(10)
[3]空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术[J]. 曹姝清,刘宗明,牟金震,张翰墨,张宇. 飞控与探测. 2018(02)
[4]天宫二号伴星可见光相机成像仿真方法[J]. 韩意,陈明,孙华燕,张宇,孔静. 红外与激光工程. 2017(12)
[5]基于OpenGL的星载可见光相机成像仿真系统[J]. 许兴星,丁雷. 红外. 2017(07)
[6]CCD空间环境辐射效应地面模拟试验方法[J]. 王祖军,薛院院,刘敏波,唐本奇,何宝平,姚志斌,盛江坤,马武英. 现代应用物理. 2016(04)
[7]3Ds Max在虚拟现实中的应用研究[J]. 李菲. 福建电脑. 2016(09)
[8]BRDF模型研究综述[J]. 周璟然,韦巍,王成龙. 电子技术与软件工程. 2016(18)
[9]基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究[J]. 黄建明,刘鲁江,王盈,魏祥泉. 上海航天. 2015(05)
[10]基于CUDA的光线追踪优化算法研究与实现[J]. 岳田爽,赵怀慈,花海洋. 计算机应用与软件. 2015(01)
博士论文
[1]基于光传递矩阵表示与重构的高效真实感绘制技术[D]. 霍宇驰.浙江大学 2017
[2]CG影像艺术的真实感研究[D]. 李天.中国社会科学院研究生院 2014
硕士论文
[1]基于物理模型的空间目标场景成像仿真[D]. 郭彪.哈尔滨工业大学 2019
[2]我国航天产业国际竞争力研究[D]. 贾昕越.哈尔滨工程大学 2018
[3]空间目标红外成像建模与仿真[D]. 王霄.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[4]空间目标星载可见光相机成像仿真[D]. 许兴星.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[5]基于蒙特卡洛光线跟踪的空间相机成像效果仿真研究[D]. 胡晶.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[6]基于改GPU的物理学光线渲染在遥感场景中的研究与实现[D]. 李治.河南大学 2013
[7]CUDA光线跟踪渲染器设计与实现[D]. 黄鑫.北京邮电大学 2012
本文编号：3372643
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
文献[38]仿真效果
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-研究中心进行了星载相机成像仿真的相关研究[38]。利用光线追踪技术，完成了初始图像的获取，再根据光传输MTF特性，对输出图像进行后处理，得到了较好的仿真结果。其中背景画面是使用了地球表面贴图，并使用简单的大气传输MTF特性进行快速处理后的结果。图1-2文献[38]仿真效果2013年，中国科学院大学工程管理与信息技术学院的学者提出了一种光线追踪的空间目标成像仿真方法[38]，结合星等能量的计算和点扩散函数的退化处理，能够仿真远距离星空背景下点目标的跟踪成像，但近距离的面目标成像结果仍存在一些不足，例如二次反射能量的计算错误，导致成像效果真实性较低。a)点目标跟踪成像b)面目标成像图1-3文献[39]不同工作模式仿真效果2015年，上海宇航系统工程研究研究员所针对空间目标的可见光散射特性成像仿真展开了一定研究，提出了一种散射面灰度值的计算方式，仿真了在太阳光下，各向异性的散射成像效果[40]。图1-4文献[40]散射特性仿真效果
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-研究中心进行了星载相机成像仿真的相关研究[38]。利用光线追踪技术，完成了初始图像的获取，再根据光传输MTF特性，对输出图像进行后处理，得到了较好的仿真结果。其中背景画面是使用了地球表面贴图，并使用简单的大气传输MTF特性进行快速处理后的结果。图1-2文献[38]仿真效果2013年，中国科学院大学工程管理与信息技术学院的学者提出了一种光线追踪的空间目标成像仿真方法[38]，结合星等能量的计算和点扩散函数的退化处理，能够仿真远距离星空背景下点目标的跟踪成像，但近距离的面目标成像结果仍存在一些不足，例如二次反射能量的计算错误，导致成像效果真实性较低。a)点目标跟踪成像b)面目标成像图1-3文献[39]不同工作模式仿真效果2015年，上海宇航系统工程研究研究员所针对空间目标的可见光散射特性成像仿真展开了一定研究，提出了一种散射面灰度值的计算方式，仿真了在太阳光下，各向异性的散射成像效果[40]。图1-4文献[40]散射特性仿真效果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年国外侦察监视卫星发展综述[J]. 刘韬,徐冰. 国际太空. 2020(02)
[2]Unreal Engine4在影视场景中的运用[J]. 葛小丁. 现代电视技术. 2019(10)
[3]空间目标快速轮廓特征提取与跟踪技术[J]. 曹姝清,刘宗明,牟金震,张翰墨,张宇. 飞控与探测. 2018(02)
[4]天宫二号伴星可见光相机成像仿真方法[J]. 韩意,陈明,孙华燕,张宇,孔静. 红外与激光工程. 2017(12)
[5]基于OpenGL的星载可见光相机成像仿真系统[J]. 许兴星,丁雷. 红外. 2017(07)
[6]CCD空间环境辐射效应地面模拟试验方法[J]. 王祖军,薛院院,刘敏波,唐本奇,何宝平,姚志斌,盛江坤,马武英. 现代应用物理. 2016(04)
[7]3Ds Max在虚拟现实中的应用研究[J]. 李菲. 福建电脑. 2016(09)
[8]BRDF模型研究综述[J]. 周璟然,韦巍,王成龙. 电子技术与软件工程. 2016(18)
[9]基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究[J]. 黄建明,刘鲁江,王盈,魏祥泉. 上海航天. 2015(05)
[10]基于CUDA的光线追踪优化算法研究与实现[J]. 岳田爽,赵怀慈,花海洋. 计算机应用与软件. 2015(01)
博士论文
[1]基于光传递矩阵表示与重构的高效真实感绘制技术[D]. 霍宇驰.浙江大学 2017
[2]CG影像艺术的真实感研究[D]. 李天.中国社会科学院研究生院 2014
硕士论文
[1]基于物理模型的空间目标场景成像仿真[D]. 郭彪.哈尔滨工业大学 2019
[2]我国航天产业国际竞争力研究[D]. 贾昕越.哈尔滨工程大学 2018
[3]空间目标红外成像建模与仿真[D]. 王霄.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[4]空间目标星载可见光相机成像仿真[D]. 许兴星.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[5]基于蒙特卡洛光线跟踪的空间相机成像效果仿真研究[D]. 胡晶.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2013
[6]基于改GPU的物理学光线渲染在遥感场景中的研究与实现[D]. 李治.河南大学 2013
[7]CUDA光线跟踪渲染器设计与实现[D]. 黄鑫.北京邮电大学 2012
本文编号：3372643
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