红外成像传感器建模与仿真技术研究进展

通过对红外成像传感器系统效应建模与仿真进行研究,不仅可以较真实地对红外成像武器系统进行分析、测试和评估,而且还可为红外传感器性能分析和设计提供依据,因此具有重要的军事和经济意义。分析了红外成像传感器效应建模与仿真方法的研究现状,详细介绍了几种典型的红外传感器模型,并对红外传感器效应建模与仿真技术提出了几点看法。     

红外回扫补偿系统图像退化评价方法的研究

为了解决回扫补偿型红外成像系统图像退化程度在线评价问题,采用了基于红外图像梯度相似度的质量评价方法。在结构相似度算法思想的基础上,针对回扫补偿型红外成像系统的特点,提取出能有效度量图像失真变化程度的梯度特征,计算出各子图像块的梯度相似度均值,由此获得整幅图像的梯度相似度。结果表明,对于退化程度相同的图像,测得结构相似度算法的评价数值从0.772下降到0.705,梯度相似度算法的评价数值由0.700下降到0.543。梯度相似度算法对不同退化程度的红外周扫图像的质量变化比常用的结构相似度算法更为灵敏,且不需要平行光管等外部测试设备,这为回扫补偿型红外成像系统在线图像质量评价及优化提供了一种新的方法。     

红外成像传感器效应仿真

按照红外成像传感器的工作原理,光学系统、焦平面阵列探测器和信号放大电路部分的线性和非线性效应是影响输出红外图像质量的主要方面,阐述了红外传感器系统模型的建立流程和仿真系统的实现步骤。仿真实验表明叠加了传感器效应的红外仿真图像置信度明显提高,可作为信号源对红外成像系统进行客观测试和评价。     

压缩光谱成像空间编码的调制效应

空间光调制过程是空间编码压缩光谱成像方法中影响光谱成像数据保真度的重要环节。为拓展现有压缩光谱成像空间光调制的编码种类,揭示其与成像数据保真度的关联规律,针对压缩光谱成像中的编码调制效应展开研究。基于成像系统物理模型,拓展现有二值化编码振幅调制方法,开展非二值化连续型编码振幅调制研究,进而验证相位型调制方法的施用方法,以全波段图像均方根差作为评价成像数据保真度的参数,量化各类编码调制方法与成像数据保真度的关联。构建具有特定空间特征和谱线特征的仿真场景,实施压缩光谱成像仿真实验,比对六类空间编码调制效应下的成像效果,验证非二值化振幅编码调制的施用可行性及相位型空间光调制对提高此类成像方法数据保真度的有效性。     

欺骗目标仿真SAR图像可信度评估方法

针对宽带合成孔径雷达欺骗干扰图像源生成及其效果评估问题,对典型目标进行三维建模和电磁散射特征计算,利用二维成像算法构建了欺骗目标仿真SAR图像的预估模板库,在此基础上,利用图像质量和相似度对欺骗图像进行可信度评估,提出了基于散射强点旋转相关和纹理特征匹配的图像相似度评估指标,建立了仿真SAR图像可信度评估指标体系和综合评价模型,通过仿真实验对模型的有效性进行了验证。     

填充因子对微扫描系统成像质量影响分析

填充因子是探测器阵列设计的一个重要参数,因此有必要研究填充因子对微扫描系统成像质量的影响。以22微扫描方式为例,在详细分析微扫描技术能够减少由探测器欠采样造成的混淆效应的基础上,仿真了不同填充因子下的输出图像,引进结构相似度(SSIM)的评价指标,从图像质量评价的角度对仿真图像进行定量分析。仿真结果表明填充因子的增大能够减少混淆效应,提高成像质量。指出探测器填充因子的增大虽然能提高成像质量,但是对成像质量的影响是有限的,对图像的改善程度不大,并不是影响像质的主要因素,这对微扫描成像系统的设计提供了理论和应用参考。     

红外成像对抗中导引头伺服系统建模与分析

红外成像制导武器对抗是光电对抗的重点领域。在红外成像制导对抗数字图像注入式闭环半实物仿真试验时,由于红外导引头传感器被图像生成和图像注入计算机取代不参与工作,需要建立准确的导引头伺服控制系统的传递函数模型,进行仿真实验和实际工作两种情况下导引头控制回路性能的等效性分析。基于此,结合某型红外成像导引头的结构组成特点,将导引头划分为七个不同的功能模块,提出了导引头伺服控制系统建模的总体设计方法。采用机理建模和实验测试结合的方法建立了该型导引头完整的伺服系统模型,导引头在幅值5,频率2 Hz 弹体正弦扰动下的光轴能够保持稳定,经过测试,导引头实际输出弹目视线角和角速率能够高精度稳定跟踪真实的弹目视线角和角速率,结果验证了伺服控制系统数学模型的准确性。研究成果为同类设备伺服系统的建模和红外成像制导武器对抗图像注入式闭环仿真测试实验提供了方法和模型支持。     

基于频率、空间和方向的图像质量评估

将空间域图像质量评价方法结构相似度SSIM推广到HWD变换域,结合人眼视觉倾斜效应和粒子群优化算法,提出一种新的图像质量评价测度。将SSIM直接用于各HWD分解频带,用频带相关性图加权各频带的结构相似度得到局部质量,然后对不同方向的局部质量求加权和得到整幅图像的结构相似度。实验结果表明,该测度与主观感知有较好的一致性,能准确地反映人眼对图像的视觉感知。     

航空红外相机成像故障仿真研究

本文基于光学相机成像效应仿真模型，提出了一种航空红外相机典型故障效应仿真方法。在对航空红外相机的光学系统、探测器、电子电路信号对成像效应进行深入仿真的基础上，对不同类型成像故障效应进行了模拟，采用典型故障的成像表现评价指标进行全面验证评价。研究结果表明：基于红外相机成像效应的仿真模型可有效模拟多种故障成像效应，能对装备的使用维护、试验鉴定中的故障的初步分析发挥重要的指导作用。     

防空导弹红外成像仿真中若干问题探讨

针对防空导弹红外成像仿真需求与特点,探讨了红外成像仿真总体设计、目标及场景图像建模与生成、实时仿真图像网络通讯、目标及场景图像模拟系统的工程化及系统校准与测试等问题.介绍了防空导弹红外成像仿真系统需要具备的主要功能、系统组成和主要技术指标要求;讨论了红外成像仿真目标及场景建模问题和一种新的建模方法;对成像仿真目标场景模拟系统的主要性能指标、红外动态场景实时图像数据传输进行了分析探讨;讨论了目前的主要解决方案;针对实际的工程应用,分析并讨论了红外成像目标模拟系统的工程化问题和校准与测试问题.     

红外热像仿真中光学系统渐晕效应模拟研究

渐晕效应是红外光学系统普遍存在的现象,对红外成像质量的影响比较大,因此要逼真生成通过光学系统的红外仿真图像离不开渐晕效应的准确模拟.系统地提出了红外光学系统渐晕效应的仿真思路,通过光线追迹的方法对红外光学系统渐晕效应产生机理进行分析,建立渐晕效应模型,然后结合基于图像像素处理的方法对该效应进行建模仿真,并给出了仿真结果.从实验结果看,该模型的渐晕效应仿真效果较理想,有助于提高红外图像生成的逼真度.     

红外传感器采样与光学模糊效应的仿真研究

准确逼真地生成红外目标的仿真图像需要准确模拟红外传感器效应。采样和光学模糊效应是红外传感器典型的主要效应。首先讨论了采样和模糊效应的数学模型。然后,同时考虑这两种效应,采用光线追迹的方法将两种效应的算法融合成一种,提出一种新的数学模型。根据建立的模型,得到采样与光学模糊效应共同作用的仿真图像。实验结果表明,所建立的仿真模型能够体现出采样和模糊效应对图像的退化作用,有利于提高计算的准确性和有效性,提高了红外图像模拟的置信度。     

山区高速公路隧道出入口视觉融合技术研究北大核心CSCD

针对红外非可见光与可见光视觉在成像过程中不同的感光特性,面向隧道典型的“黑洞”和“白洞”问题,从自动驾驶车辆视角研究光照环境突变条件下的视觉辨识以及融合感知技术。分别选取低照度车辆进入隧道以及弱光线条件下车辆驶离隧道两种情形,利用局部能量、卷积稀疏表示算法(CSR)对两种图像进行融合实验,结合MI、SF、AG、QAB/F、SSIM、PSNR六种评价指标进行评价。实验结果表明,在隧道入口处图像CSR-E算法对比Curvelet、NSCT、NSCT-T、SR-C&L、SF-Energy-Q五种算法,边缘信息传递因子(QAB/F)提高了14.14%,隧道出口处图像运行平均时间减少1.17 ms,结构相似性(SSIM)提高了3.38%,所提出的红外非可见光与可见光视觉融合成像方法弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面,实现对场景全面清晰准确的表达,有效解决了源图像的边缘信息丢失,增强图像的光谱信息。     

基于Vega的低空红外预警仿真系统

介绍了红外仿真的基本流程,并且基于Vega建立了低空红外预警仿真系统.针对低空红外预警的复杂场景,分别建立了目标和背景的辐射模型;考虑大气对红外辐射的衰减作用,建立了大气的传输模型;根据探测器的成像特性建立了成像系统响应模型.最后给出了仿真流程和仿真结果,并将仿真结果应用到实际预警处理系统中.     

基于图像合成的红外点目标图像生成方法研究

本文提出了一种红外图像仿真方法.首先对目标在探测波段内的辐射强度的组成和光谱分布特点进行了分析,并对目标的辐射强度、光谱分布和运动等特征量进行了模拟.然后根据大气和成像系统的调制传递函数建立了相应的大气效应模型和成像系统效应模型.最后根据红外成像原理并结合探测器参数,将目标的仿真模型与实拍的背景红外图像通过图像合成算法进行融合,从而实现了目标与场景的快速生成.该方法通过理论数据和实验数据的结合,提高了场景的可靠性,对于测试和评价红外搜索跟踪系统具有一定的参考价值.     

基于直方图分析的红外仿真图像验证方法研究

红外仿真图像的真实性和逼真度决定着红外成像制导仿真的有效性,红外仿真图像的验证方法研究具有重要的意义。本文提出一种基于灰度直方图的红外仿真图像验证方法,并建立了验证评价综合指标,该方法采用一维直方图研究红外仿真图像的亮度、对比度和信息量,以验证辐射亮度和辐射对比度的准确性;通过二维直方图研究图像像素之间的灰度空间关系,验证仿真图像的像素空间相关性。实验证明,该方法适合对红外仿真图像进行客观质量验证评价,进而可评价辐射模型和图像生成算法的真实性和有效性。     

一种水上目标可见光图像生成红外图像的方法

红外警戒系统、红外成像制导导弹等军事装备在进行性能评估和模拟训练过程中都需要大量红外仿真图像,但目前红外仿真软件普遍存在生成红外仿真图像逼真度差、软件普适性不好等问题,且国外技术封锁造成我国红外仿真软件发展缓慢。因此,针对国内可见光图像仿真技术日趋成熟的现状,为提高红外仿真图像质量,本文提出了一种采用循环生成对抗网络、由可见光图像生成红外仿真图像的方法,并通过实验验证该算法是有效可行的。该算法首先通过区域生长算法从采集的可见光图像中提取水上目标,建立了水上目标可见光图像生成红外图像的训练数据集;然后利用训练好的网络生成红外仿真图像。测试实验表明,采用这种方法所生成的水上目标红外仿真图像视觉效果接近真实红外图像,可实际应用于海军红外军事装备模拟试验和训练系统。