不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

红外焦平面阵列探测器空间采样效应模拟

红外焦平面阵列探测器空间采样效应会对红外图像效果产生影响,为提高仿真红外图像的置信度,在信号注入仿真中需要对采样效应进行模拟。通过深入分析空间采样效应机理,建立了采样效应的数学模型,分析了分辨率的变换过程。利用基于图像像素处理的方法从空域上对红外仿真图像叠加空间采样效应。仿真实验表明,叠加了红外焦平面阵列探测器空间采样效应的红外仿真图像置信度明显提高,可作为重要环节提高红外成像仿真整体的置信度水平。     

采用前置栅网滤波的天基红外成像点目标探测技术

天基红外成像预警大多属于点目标探测,如何在复杂背景及随机点噪声条件下实现点目标的有效探测和跟踪是天基红外预警技术重点研究内容。研究了新型前置栅网滤波热成像理论,分析了基于前置栅网滤波形成特定衍射斑对天基红外成像点目标探测的影响,利用Matlab对栅网的滤波效果进行了模拟仿真,所得仿真图像与实验图像的衍射强度分布具有较好的一致性;并在相同点目标能量条件下,对点目标及其前置栅网滤波衍射图案进行了人眼视觉探测实验,初步分析表明了其对于点目标探测和跟踪的有效性,为进一步研究和发展高性能的天基红外成像技术提供了一种新途径。     

基于Cauchy分布的红外视频运动目标检测

基于柯西分布统计模型和梯度信息,提出了一种用于热成像(红外)图像序列中行人目标检测的统计背景剔除方法.它不依赖传统红外行人检测方法的"热场"(hot-spot)假设(即认为人体区域总比周围环境热),而是用一种快速动态背景的重建方法建立初始化背景Gaussian模型,简化了Cauchy分布的参数估计问题.基于Gauchy分布的背景剔除被首先用来识别局部兴趣区域(Regions-Of-Interest,ROI).在每个兴趣区域将当前图像和背景图像的梯度信息组合成一个梯度图.对梯度图进行各向异性滤波和运用最大类间方差法进行自适应阈值处理后获得行人目标区域.经多组实验及与其他方法比较,结果表明提出的方法对热成像红外视频人体目标的位置和形状实现了较精确的检测,对环境、时间变化、极性翻转、"晕轮"效应等产生的影响,以及背景中杂波的干扰具有较好的鲁棒性.     

高分辨率中红外遥感(3～5μm)成像模拟中邻近效应分析

在星载高分辨率遥感成像模拟中,需要重点考虑大气辐射传输过程.通常情况下,中红外波段大气多次散射作用可以忽略,但在高分辨率中红外遥感成像中却需对由多次散射产生的邻近效应加以适当考虑.为对其进行定量分析,分别将影响中红外邻近效应的地表、大气及卫星观测几何参量等进行分析,结果表明:邻近效应随像元测量条件而改变,且在正常条件下其贡献达到3%左右.通过将现有大气点扩散函数(PSF)解析算法扩展至中红外波段,建立了中红外像元邻近效应模型,将其与大气辐射传输模型进行耦合,共同实现大气辐射传输与邻近效应模拟.模拟结果表明,模型是正确的,且应用方法切实可行;对中红外大气校正、成像模拟均具有一定参考价值.     

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.     

红外图像序列处理的锁相热成像理论与试验

红外锁相热成像技术是一种基于热波信号处理的主动式红外热成像技术,特别适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测.阐述了红外锁相热成像技术的原理,采用有限元方法对正弦规律变化的热流在构件中的传递过程进行了分析.利用正弦规律调制光源作为热激励源对不同材料的试件加载,通过Jade MWIR 550焦平面红外热像仪进行图像序列的采集,深入研究了图像序列数字滤波算法,并采用Savitzky-Golay数字平滑滤波算法消除了高频噪声的影响,在此基础上,利用FFr算法得到了热波信号的幅值与相位图像,并采用Visual C++平台开发了基于图像序列处理的红外锁相软件检测系统.试验结果表明,通过选取适当的激励加载频率可准确获得缺陷特征.     

针对复杂地形的热红外成像仿真研究

红外热成像系统由于具有全天时观测能力而得到广泛应用。为了测试和评估高分辨率红外热成像系统的性能,需要大量多种成像条件下的热红外影像作为输入数据源。为获取真实可信的地面热红外仿真图像,提出了一种针对复杂地形的热红外成像模拟方法。该方法综合起伏地表的地形、光照、遮蔽和邻近地域辐射等因素,系统研究了三维地表热辐射的产生和传递机理。利用光学遥感影像和数字高程数据,生成了一天中不同时刻的地面热红外图像。结果表明:该方法生成的24 h序列图像,符合实际地表热辐射场的日变化规律,从而为可见光图像制备红外基准图提供了一种有效途径。     

高超音速动态条件下红外图像模拟方法研究

以高超音速动态条件下传感器成像的退化模型为基础,提出了一种利用低速航拍图像模拟高超音速动态条件下红外图像方法.该方法首先对低速航拍图像进行帧内、帧间重采样,然后在图像中加入大气衰减、运动模糊、气动光学效应等退化因素,然后合成高超音速动态条件下的目标图像.所生成的图像已用于目标识别算法的研究.     

红外场景中成像系统非线性效应的动态模拟

红外成像系统非线性效应对红外图像的成像质量影响较大,也是制约目标识别精度的关键,如何实时高效地模拟成像系统非线性效应已成为当前三维红外视景仿真研究的热点和难点。提出了一种红外仿真场景成像系统非线性效应的动态添加方法,分析了渐晕、扭曲、噪声、离焦等典型非线性效应的计算过程,利用渲染到纹理(RTT)技术为仿真视口添加“镜头”,在Unity平台的基础上利用顶点和片段着色器将非线性效应在“镜头”上模拟,并与零视距红外仿真场景进行逐像素叠加运算,从而实现非线性效应的动态仿真。实验结果表明,该方法具有较高的真实感和可靠性,仿真开销较小,满足成像系统非线性效应的仿真需求。     

基于渐进式生成对抗网络的舰船红外图像仿真

红外图像仿真在红外导引头设计、仿真训练中起到十分关键的作用。针对如何生成高分辨率、视觉特征可控的红外图像,提出了一种基于渐进式生成对抗网络的红外图像仿真方法。本文利用舰船模型的红外图像数据集训练了图像合成网络,输入随机特征向量,输出高分辨率的红外仿真图像;设计了图像编码网络,实现红外图像到特征向量的转换;利用Logistic回归方法,在特征向量域找到了控制红外图像角度特征的方向向量,并据此生成了不同角度的舰船模型仿真图像;最后通过均值哈希算法和平均结构相似性算法来定量评价仿真图像和真实图像的差异,实验结果表明仿真的红外图像和真实图像的相似度很高,可以为真实舰船的可控化红外图像仿真提供参考。     

圆锥扫描机制下的红外图像帧重建仿真研究

重点研究了圆锥扫描机制下,红外图像帧重建的仿真实现.在简要介绍圆锥扫描机制下基于变行频采样机理和红外图像完整重建技术的基础上,进行了大量的重建图像仿真研究.作为示例,文中列出第1、3、5、7、9场的扫描数据图像及其相应的场重建图像.从图像仿真结果可以看出这种技术能够完成红外图像的重建,重建的红外图像具有较高的分辨率,能够充分利用红外器件获得的扫描数据和相应的空间信息.     

草地的红外纹理建模与真实感绘制方法

纹理是使图像具有视觉真实感的重要因素,红外纹理生成是场景红外成像仿真的重要组成部分,也是真实感场景仿真的迫切需求。以在图像平面直接生成具有真实感的景物红外纹理图像为目标,提出了一种草地的红外纹理建模与真实感绘制方法,从模拟组分温度分布和空间结构形态两方面开展研究。首先,考虑土壤-植被-大气间的热交换过程,建立红外辐射的耦合求解模型;其次,构建各组分的空间分布模式;最后,将已经求解的红外辐射数据映射到图像空间,生成具有真实感的红外纹理图像。对近距离或放大状态下草地红外纹理的视觉效果进行了模拟,理论分析和仿真结果表明:所提出的红外纹理模拟方法具有一定的合理性和有效性。     

基于图像块先验的单帧红外自适应校正算法

红外焦平面阵列的非均匀性严重限制了红外成像系统对目标的灵敏度,降低了图像的成像质量。本文基于图像块统计特性的期望块对数似然概率(EPLL),提出了基于图像块先验的单帧红外图像非均匀性校正算法,可以完成单帧红外图像的非均匀性校正。该算法首先利用高斯混合模型完成对图像块训练分类,然后利用EPLL准则获取带有非均匀性噪声图像对应的最大似然概率对数期望图像来完成对图像的校正。仿真试验和真实红外图像实验结果表明该方法对单帧红外图像的非均匀性校正效果良好,校正速度快,可以避免鬼影的产生并且可以完成持续性工作。     

红外导引头半实物仿真中红外图像注入器设计

为了实现红外导引头半实物仿真中红外图像的实时生成和注入,设计了红外图像实时注入系统,并完成了软硬件系统设计方案。该系统的软件部分基于OSG生成实时红外仿真图像,硬件部分主要为一块PCI图像数据发送卡,将软件部分生成的实时红外仿真图像转化成Camera Link格式输出。实际应用表明,该系统完全可以实现红外图像实时仿真和注入。     

基于改进脊波变换的红外视频图像高质量复原

为了实现红外视频降质图像高质量复原,采用一种基于改进脊波变换的图像复原算法来进行处理。该算法首先对降质图像进行改进脊波变换,然后提出一种具有加权改进自适应伪中值滤波算法对脊波系数进行处理,最后针对滤波后图像中时常出现的"环绕"现象,引入自适应Wiener滤波算法来抑制。进行了理论分析和实验验证,取得了相关模拟降质图像、真实降质图像以及峰值信噪比的测试数据。结果表明,该算法性能优于伪中值滤波以及两类脊波变换去噪算法。这对于实现红外视频降质图像复原研究是有帮助的。     

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.     

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。