红外系统中渐晕效应的模拟方法研究

渐晕是红外光学系统中普遍存在的现象,导致最后产生的红外图像存在不应有的亮暗失真情况。对渐晕产生的原因进行了分析,实际系统中不仅有几何渐晕还有透镜造成的渐晕,这两者共同影响图像质量。根据渐晕产生的原因,基于图像像素处理法和光线追迹法建立渐晕效应的数学模型,得到仿真图像并对仿真结果进行分析。理论和实验结果表明文中建立的模型更加完善,有利于红外传感器总体系统的仿真。     

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.     

一种基于热成像原理的图像热噪声去除算法

针对气动热环境下高温头罩对红外成像系统造成的热辐射噪声干扰问题,提出了一种基于热成像原理的图像热噪声去除算法。首先,利用有限取样光线代表连续光线,在头罩内对取样光线进行反向追迹,分析得到头罩温度和传感器热辐射噪声成像灰度之间的关系;其次,利用Vega软件仿真得到一定大气条件下点光源通过高温头罩的红外图像;最后,根据前面得到的头罩温度和热噪声成像灰度之间的关系,计算得到高温头罩的红外成像灰度分布,将热辐射噪声视为加性噪声,从目标的红外图像中减去该噪声得到去除热噪声后图像。实验结果表明,该方法去除热辐射噪声效果明显,图像质量得到了改善,弥补了硬件制冷的不足,为下一步的图像复原打下了很好的基础。     

基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法

针对卫星发射前在轨数据缺乏导致的无法进行成像质量评估、链路分析及几何处理算法验证等问题,提出了一种基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法.首先根据光学系统结构及成像特点,构建了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型;然后,基于姿轨仿真数据、DOM和DEM辅助数据,通过光线追迹及重投影算法实现了像元视矢量的空间...     

采样红外成像系统仿真及最小可分辨温差预测方法研究

提出一种基于采样红外成像系统仿真图像的最小可分辨温差MTRD预测方法。该方法从红外成像系统信号传递方程出发，模拟生成不同空间频率、辐射温度的标准四周期矩形样条；利用调制传递函数法和象素处理法，仿真了系统各组成模块的几何扭曲、模糊效应、噪声特性和非线性效应；由多名观察者观察样条仿真图像，统计正确判断概率。实现了MRTD的预测．仿真结果表明：该方法预测的MRTD值能够与实际测量的MRTD值有很好的一致性。     

基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

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。     

红外动态景象仿真中光学系统效应仿真

在采用数字图像注入方法对红外成像跟踪搜索系统或红外预警系统进行仿真试验中，红外动态场景仿真是仿真系统的核心技术，而光学系统效应仿真是红外动态场景仿真中的重要部分。由于仿真对象为非相干红外成像系统，光学系统效应可以只考虑其能量域内成像效应和像弥散或能量分散效应。光学系统质量一般用调制传递函数描述，可由调制传递函数计算点扩展函数，并建立基于点扩展函数的光学系统效应模型。只要调制传递函数给定准确，此方法建立的光学系统效应仿真模型的逼真度便有保证，而调制传递函数可以通过普通的光学系统测试方法获得。     

基于结构相似度和保真度的红外成像传感器仿真评价方法研究

红外成像传感器系统典型效应建模与仿真的真实性和逼真度决定着红外成像制导仿真的有效性,因此研究红外成像传感器系统的典型效应仿真评价方法具有十分重要的意义。针对目前红外成像传感器仿真评价方法不足的问题,基于结构相似度(Structural Similarity,SSIM)和保真度提出了一种红外成像传感器仿真图像验证评价方法。采用SSIM评价了仿真图像的亮度、对比度和结构相似度,并采用保真度评价了仿真图像的空间几何特征和灰度特征。实验结果表明,该方法可有效评价红外成像传感器的模糊、噪声等退化效应,适于对红外传感器建模与仿真图像进行客观质量验证与评价。     

温度对机载成像光谱仪光学性能的影响

为了研究温度对机载成像光谱仪光学性能的影响,分析了机载环境下仪器温度载荷的特点,阐述了温度载荷的作用机理和表现形式,研究了光谱仪的热光学性能。首先,分析了机载环境下温度载荷特点;其次,以最小二乘法和坐标转换法为理论依据,编制了面形误差及刚体位移求解程序,并结合有限元法计算了光机系统在温度载荷作用下各镜面的变形值和刚体位移大小;最后,对变形后的光学系统进行了光线追迹,求解了镜面刚体位移导致的谱线位置变化,研究其谱线漂移特性,并计算了刚体位移对传递函数(MTF)的影响。计算结果表明,10 ℃温度变化范围内,谱线漂移量小于光谱定标精度要求的1/3,不需要再进行光谱定标和光谱修正;系统传递函数也能够满足成像质量要求。这些结论会对仪器研制有很大的工程实用价值。     

射线追踪在电离层探测中的应用

通过对电离层探测数据的处理,得到电离层的水平不均匀性模型.对这种水平不均匀电离层模型进行射线追踪,应用变步长射线追踪方法对赤道双峰模型进行射线追踪.电离层射线追踪的路径反映了电子密度和折射率的水平不均匀性,对电离层的斜向探测具有重要的价值.     

毫米波新月形柱面透镜天线设计

设计了一个毫米波均匀介质新月形柱面透镜天线。考虑到透镜天线设计中遇到的计算过程复杂、工作量大的问题,提出采用射线追踪法分析毫米波透镜天线,通过MATLAB编程仿真得到满意的效果。该结果与其他仿真结果基本吻合,但是具有省时和节省计算机存储空间等优点,可作为毫米波透镜天线设计的优选方案。     

高分辨率CCD相机传递函数的实时计算

为了获得大数据量、高速图像下传的高分辨率CCD相机的实时传递函数,提出了一种基于图像快视与采集记录系统的CCD相机成像质量自动评价方法。应用计算机高速信息采集和存储技术,在分析对比度传递函数和调制传递函数之间关系的基础上,利用高对比度矩形靶标法计算CCD相机的传递函数,设计了传递函数实时计算系统,从而完成对CCD相机整机系统的像质实时评价。实验结果表明：当像元数达到20 000个,采集速度达到3.2Gb/s时,该方法能够高速率并且准确实时地计算传递函数。     

遥感相机静态调制传递函数的地面测试原理

为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明:某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。     

CCD调制传递函数测量方法的改进

本文对目前所采用的测量ＣＣＤ调制传递函数方法进行了分析,并此基础上提出了改进的测量方法,改进后的方法不仅继承了原来方法的优点,同时其测量和测量结果的可靠性都有较大的提高。     

半空间复杂目标的高频分析方法

该文研究了半空间内复杂导体目标散射的高频求解方法。分析半空间电磁波的传播规律,将半空间并矢格林函数引入传统的物理光学方法,等效电磁流法方法中,推导出半空间物理光学算法、半空间等效电磁流算法,同时结合图形电磁学和射线追踪方法,分别对半空间复杂目标的消隐和多重散射进行考虑,与半空间目标面元、棱边散射场相叠加,快速有效地计算了半空间复杂目标的雷达散射截面。数值结果证明了方法的有效性和准确性。     

基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真

仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪模型确定红外高光反射现象中起主要贡献的光线,减少计算量;同时,为了解决传统方法仅应用反射率进行仿真带来的真实感不强的问题,引入BRDF计算红外辐射反射分量,提高红外高光现象仿真的真实感。实验结果表明,本文方法通过将光线跟踪模型与双向反射分布函数相结合实现了红外仿真中真实感和计算量的统一,为红外高光反射现象仿真提供了新思路。     

An efficient parallel architecture for ray-tracing

Real time rendering of three-dimensional scenes in high photorealistic details is a hard task, such as in the ray tracing rendering algorithm. In general, the performance achieved by a sequential software-based implementation of ray tracing is far from satisfactory. However, parallel implementations of ray tracing have been enabling reasonable real time performance, as the algorithm is embarrassingly parallel. Thus, a custom parallel design in hardware is likely to achieve an even higher performance. In this paper, we propose a hardware parallel architecture capable of dealing with the main desirable features of ray tracing, such as shadows and reflection effects, imposing low area cost and a promising rendering performance. Such architecture, called GridRT, is based on the Uniform Grid acceleration structure and is intended to deliver massive parallelism through parallel ray-triangle intersection tests as well as parallel processing of many rays. A hardware implementation of the proposed architecture is presented, together with some performance results and resources requirements. The rendering is reduced by 80% using a grid configuration of eight processing elements.