红外成像系统模拟器研制及其在系统性能评估中的应用

发布时间：2018-04-02 21:10

本文选题：红外成像系统模拟器　切入点：三角形方向鉴别　出处：《西安电子科技大学》2016年博士论文

【摘要】：随着红外成像技术的不断发展,红外成像系统性能大大提高,与此同时,新技术的应用,使得影响红外成像系统性能的因素也发生变化,因此,对红外成像系统性能评估方法提出了更多的要求。针对传统半实物仿真和注入式仿真设备在红外成像系统性能评估中表现出的不足,提出构建一套低成本、可重构、能够真实仿真红外成像物理过程的红外成像系统模拟器,将其用于红外成像系统的性能测试与评估。本文所做的具体工作主要包括:(1)在深入研究红外成像物理过程的基础上,采用全链路仿真的思想,构建红外成像系统仿真理论框架,并对影响系统成像质量的成像物理效应进行准确建模。(2)根据红外成像系统仿真理论框架和理论模型,给出了红外成像系统模拟器的研制架构:将三维场景和大气传输效应的仿真放在计算机端,采用OGRE(ObjectOriented Graphics Rendering Engine)技术进行实时仿真;将红外成像系统本身的成像物理效应等效为信号响应特性、调制传递特性和系统噪声特性,放在以FPGA(Field Programmable Gate Array)并行数字信号处理器为核心开发的单板信号处理平台上进行高速并行实时计算。针对红外探测器后端信号处理机的性能测试与评估,专门设计了八通道低噪声数模转换电路用于真实仿真红外探测器的模拟信号输出特性。另外,专门设计开发了高色深图像显示模块,用于显示高像素量化精度的红外图像,呈现更多的图像灰度等级,有利于红外成像系统的性能测试与评估。最后,将红外成像系统模拟器仿真输出图像和真实热像仪实拍图像进行比较,用多种图像相似度评价指标来验证红外成像系统模拟器的置信度。实验结果表明,本文研制开发的红外成像系统模拟器是合理、有效的,具有较高的置信度,能够将其用于红外成像系统性能测试与评估中。(3)利用红外成像系统模拟器搭建人眼视觉感知特性测试平台,采用非周期三角靶标测试人眼视觉对比度阈值特性。实验采用强制四选一无偏心理测量方法,统计了20位观察者在三种不同背景光亮度下,对7种不同空间频率三角靶标方位的鉴别数据。利用Weibull心理测量函数分析测试数据,获得了面向三角靶标的人眼对比度阈值曲线。通过对测试数据的详细分析,借鉴传统人眼对比敏感函数的建模思想,提出了面向三角靶标的人眼对比度阈值特性拟合表征模型TODCTF(Triangle Orientation Discriminate Contrast Threshold Function)。由于三角靶标更接近真实非周期目标的特性,因此,将TODCTF模型用于红外成像系统性能建模将更加贴近系统对真实目标的观察特性。(4)以面向三角靶标的人眼对比度阈值函数TODCTF为基础,借鉴NVTherm IP模型的建模思想,建立了基于TODCTF的红外成像系统性能评估模型。利用红外成像系统模拟器仿真输出图像进行系统作用距离测试试验,将试验结果和NVThermIP模型的理论预测结果与基于TODCTF的红外成像系统性能模型的理论预测结果进行比较分析,从而验证该模型的正确性。验证结果表明,基于TODCTF的红外成像系统性能模型能够较好地预测系统性能,说明该模型是合理有效的。
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【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN216

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