复杂表面空间目标仿真成像计算方法
发布时间：2021-11-04 03:34
在执行对空间目标跟踪,捕获等空间任务时,需要对空间场景中的各种目标进行成像观测。但由于一些因素的限制,无法获得空间目标在各种姿态和光照条件下的实际成像结果,且开展此类实际实验成本太高;因此开展地基光学成像仿真模型与方法研究对于空间目标成像观测具有重要的应用价值。本课题将以地基光学仿真成像仿真观测实验为背景,具有复杂表面的空间目标为目标,深入研究和讨论空间目标的光学特性建模和成像仿真计算方法。论文的主要研究工作包括以下三个方面:（1）复杂表面空间目标的几何特性和光学特性建模,提出了针对复杂表面空间目标的几何结构建模方法,利用有限元分析软件将模型进行网格划分,并着重对微表面尺度较大的目标部件利用分形几何思想进行进一步几何结构模型构造,经过实验验证这种方法能有效的表示出微表面尺寸较大的表面的特性;并针对空间目标表面不同材质提出了适合每种材质特性的光学特性模型,且实验验证其光学特性模型符合实际材质在光线下的性质。（2）仿真成像辐射特性解算,成像仿真主要目的是求出成像场景中相机像面每个像素点的像素值,论文中采用光线追踪算法理论探讨仿真成像计算方法,使用投影相机模型解决物像成像变换关系,并利用辐射...
【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】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OpenGL的图形渲染管线
所构建空间目标几何结构模型只构建目标大概形貌及部件相对位置结构，不需要数据精确且精细化的模型。在空间目标结构构造中，要对参考目标进行结构简化，忽略目标结构中的细小部分和复杂的连接部分，使得最后目标等效为相对简单几何形状的组合。本论文空间目标参考模型为嫦娥四号着陆器[23][24]，依照空间目标构件材质的不同，在论文中将目标整体主要分割为三个部分：着陆器主体、太阳能帆板和四个支撑脚，论文中空间目标的尺寸为按照实际图片比例模拟，没有任何参考价值，仅模拟出与实际目标相似的几何形状。其部件模型如图2-1所示：图2-1嫦娥四号着陆器模型为了构建空间目标整体几何结构，需要利用3Dmax软件分别将目标的每一
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-部分分别进行几何建模，之后再进行拼接组装，其具体示例如图2-3所示：图2-2空间目标几何模型具体尺寸图2-3空间目标几何结构模型经过对空间目标不同部件的几何建模和组装，已经实现了对空间目标三维几何结构的重构；由于每个组件几何形状差异较大，为了方便后续的目标光学特性分析和成像仿真等工作，需要将目标组件进行三角面元划分。三角面元划分是对目标三维几何结构中的表面进行离散化处理，从曲线曲面模型中采样得到目标表面采样点，即可实现目标表面的三角网格化模型[25]。因此，在将每部分组件模型构造完成后，需要利用3Dmax软件导出其stl文件，此文件中三维模型可以被相对分散分布地三角形面片近似表示；对于三角形面片来说，它的组成主要包括：三角形3个顶点的三维坐标和三角形面片的法矢量。stl文件的二进制文件的组成是先编写模型整体信息：文件起始储存三维结构名的头文件占用80字节，4个字节的整数来描述模型的三角面片个数，之后依次编写每个三角面元信息，并且每个面元的信息都是用固定字节数表示的。每个三角面片占用固定的50个字节，依次是3个4字节浮点数(角面片的法矢量)，3个4字节浮点数(1个顶点的坐标)，3个4字节浮点数(2个顶点的坐标)，3个4501050102070102030845°302
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间目标褶皱材质BRDF建模方法[J]. 汪夏,张雅声,徐灿,李鹏,张峰. 光学学报. 2019(10)
[2]嫦娥四号月球车模型首发[J]. 郁凡. 中外玩具制造. 2018(11)
[3]一种基于MATLAB的STL文件分层切片算法[J]. 丁华锋,王卓,刘婧芳,孙龙,张良安. 机床与液压. 2018(05)
[4]粗糙表面双向反射分布函数优化建模与验证[J]. 袁艳,金鼎,苏丽娟. 激光与光电子学进展. 2018(05)
[5]多尺度粗糙表面的实时绘制方法[J]. 过洁,潘金贵. 中国图象图形学报. 2015(04)
[6]分形粗糙表面的计算机模拟[J]. 张楠,王立华,何雨松,陆梓. 新技术新工艺. 2013(06)
[7]基于中心投影构像关系的模型试验变形测量[J]. 孙久运,高井祥,许长辉. 采矿与安全工程学报. 2008(02)
[8]国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用进展[J]. 张雯,张露,李家利,张凯. 绝缘材料. 2001(02)
[9]基于分形特征的表面微观形貌模拟和分析[J]. 陆涛,曹伟,师汉民,张鸿海. 华中理工大学学报. 1996(07)
[10]菲涅尔反射系数S分量和P分量与入射角的关系[J]. 魏立宏. 松辽学刊(自然科学版). 1988(03)
硕士论文
[1]基于辐射传输方程高阶球谐近似模型的时域DOT/FDOT成像方法研究[D]. 马文娟.天津大学 2012
[2]物体表面反射特性测定方法的研究[D]. 黄冰峰.华中科技大学 2007
本文编号：3474914
【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】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OpenGL的图形渲染管线
所构建空间目标几何结构模型只构建目标大概形貌及部件相对位置结构，不需要数据精确且精细化的模型。在空间目标结构构造中，要对参考目标进行结构简化，忽略目标结构中的细小部分和复杂的连接部分，使得最后目标等效为相对简单几何形状的组合。本论文空间目标参考模型为嫦娥四号着陆器[23][24]，依照空间目标构件材质的不同，在论文中将目标整体主要分割为三个部分：着陆器主体、太阳能帆板和四个支撑脚，论文中空间目标的尺寸为按照实际图片比例模拟，没有任何参考价值，仅模拟出与实际目标相似的几何形状。其部件模型如图2-1所示：图2-1嫦娥四号着陆器模型为了构建空间目标整体几何结构，需要利用3Dmax软件分别将目标的每一
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-部分分别进行几何建模，之后再进行拼接组装，其具体示例如图2-3所示：图2-2空间目标几何模型具体尺寸图2-3空间目标几何结构模型经过对空间目标不同部件的几何建模和组装，已经实现了对空间目标三维几何结构的重构；由于每个组件几何形状差异较大，为了方便后续的目标光学特性分析和成像仿真等工作，需要将目标组件进行三角面元划分。三角面元划分是对目标三维几何结构中的表面进行离散化处理，从曲线曲面模型中采样得到目标表面采样点，即可实现目标表面的三角网格化模型[25]。因此，在将每部分组件模型构造完成后，需要利用3Dmax软件导出其stl文件，此文件中三维模型可以被相对分散分布地三角形面片近似表示；对于三角形面片来说，它的组成主要包括：三角形3个顶点的三维坐标和三角形面片的法矢量。stl文件的二进制文件的组成是先编写模型整体信息：文件起始储存三维结构名的头文件占用80字节，4个字节的整数来描述模型的三角面片个数，之后依次编写每个三角面元信息，并且每个面元的信息都是用固定字节数表示的。每个三角面片占用固定的50个字节，依次是3个4字节浮点数(角面片的法矢量)，3个4字节浮点数(1个顶点的坐标)，3个4字节浮点数(2个顶点的坐标)，3个4501050102070102030845°302
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间目标褶皱材质BRDF建模方法[J]. 汪夏,张雅声,徐灿,李鹏,张峰. 光学学报. 2019(10)
[2]嫦娥四号月球车模型首发[J]. 郁凡. 中外玩具制造. 2018(11)
[3]一种基于MATLAB的STL文件分层切片算法[J]. 丁华锋,王卓,刘婧芳,孙龙,张良安. 机床与液压. 2018(05)
[4]粗糙表面双向反射分布函数优化建模与验证[J]. 袁艳,金鼎,苏丽娟. 激光与光电子学进展. 2018(05)
[5]多尺度粗糙表面的实时绘制方法[J]. 过洁,潘金贵. 中国图象图形学报. 2015(04)
[6]分形粗糙表面的计算机模拟[J]. 张楠,王立华,何雨松,陆梓. 新技术新工艺. 2013(06)
[7]基于中心投影构像关系的模型试验变形测量[J]. 孙久运,高井祥,许长辉. 采矿与安全工程学报. 2008(02)
[8]国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用进展[J]. 张雯,张露,李家利,张凯. 绝缘材料. 2001(02)
[9]基于分形特征的表面微观形貌模拟和分析[J]. 陆涛,曹伟,师汉民,张鸿海. 华中理工大学学报. 1996(07)
[10]菲涅尔反射系数S分量和P分量与入射角的关系[J]. 魏立宏. 松辽学刊(自然科学版). 1988(03)
硕士论文
[1]基于辐射传输方程高阶球谐近似模型的时域DOT/FDOT成像方法研究[D]. 马文娟.天津大学 2012
[2]物体表面反射特性测定方法的研究[D]. 黄冰峰.华中科技大学 2007
本文编号：3474914
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