[发明专利]一种海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机红外成像仿真领域，尤其涉及海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法。

背景技术

红外动态场景的计算机实时仿真涉及计算机红外成像仿真领域，是场景仿真技术的重要组成部分，它利用计算机来模拟红外成像系统，仿真动态红外场景，并实时生成红外传感器所能观察到的红外场景图像，对成像系统评估、算法改进、人员训练等具有重要的应用价值。

自70年代末、80年代初，各发达国家就对其进行了大量的科研投入，并由此取得了卓有成效的研究进展。典型的仿真软件产品有：仿真舰船红外图像的OSMOSIS、美国DVP公司用于相机成像和视频模拟的红外成像仿真器IRISM、美国技术服务公司(TSC)的红外特征建模工具IRGen、实时红外传感器仿真的应用程序接口ReallR和高保真物理热红外多光谱/高光谱传感器仿真器IRHSS、MetaVR公司实时红外场景仿真的MetaVR IRserver软件、英国Equipe Electronics公司包含雷达和红外传感器仿真的实时可视化仿真软件Blue Sky/Blue Sky II、美国CACI MTL Systems公司的嵌入式动态红外仿真软件EZ*IR等。但由于红外成像仿真的军事敏感性，国外对此类技术和软件的采用高度封锁策略，或价格非常昂贵，或无法获取。

国内在该方面起步较晚，但经过近二十年的发展，在背景和目标红外仿真理论和方法研究方面取得了很大的进步，并针对特定用途开发出了具有一定实用价值的仿真软件。船舶系统工程部和上海交通大学的徐杲、任海刚和黄雅琳等人提出了面向舰船实时红外仿真的快速算法，并针对舰船红外抑制和红外对抗研究需求开发了一套具有自主知识产权的舰船红外仿真系统RIS(Real-time Infrared Simulator)。RIS综合考虑了海天背景、大气传输等环境因素对舰船红外热像模拟和红外识别的影响，可以达到实时精度，但该系统更多地关注于舰船红外特性的模拟，对于海天背景模型进行了一定的简化。中科院大气研究所和安徽光机所等单位在大气模型研究方面比较突出。前者主要是在LOWTRAN7基础上进行了一些理论和实验研究，并开展LOWTRAN7汉化推广工作。后者利用卫星遥感数据，采用“离散坐标法”确定特定区域、特定时刻实际环境气象参数，对有关目标理论建模合成研究颇有实用价值。同时，航天二院207所、西安电子科技大学对地面背景和海天背景红外辐射进行了理论和实验研究，建立了初步理论模型，其中海面背景建模的局限性比较大。专利《一种海洋背景下的红外仿真图像平台及其图像生成方法》描述了一种海洋背景红外图像生成方法，构建了红外仿真平台，并可利用该平台进行相关实验研究，该方法中涉及到的海洋背景红外数据均来自于实地采集图像，具有一定局限性。

当前红外场景计算机仿真中，多基于OpenGL或Direct3D等基本API进行场景构建和渲染，这对编写代码带来一定的挑战，随着开源技术的发展，当前已经出现了多款较为成熟的开源三维渲染引擎，如OSG(基于OpenGL)和OGRE(基于OpenGL和Direct3D)，这些引擎封装了底层API函数接口，为使用提供友好的接口，支持多种格式模型读入，同时包含有高级计算机图形学技术。基于这些引擎进行红外场景仿真研究，可以使我们更关注于红外仿真理论和技术的研究。

总之，国外在红外建模和仿真领域的研究较为系统化，并对红外场景仿真所涉及的关键技术进行了深入研究，能够实现高精度、多波段、多样化环境的红外场景仿真系统，但由于保密或购买昂贵的原因不容易得到。而国内的研究多数只对特定类型背景或目标进行单独研究，虽然也有同时包括了目标和背景的综合系统，但目标和背景的类型还不够丰富、整体仿真效果也不够理想，缺乏自主开发的具有丰富目标和背景类型的通用红外场景仿真系统。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，为解决同一红外场景中背景和目标类型单调、整体仿真成像效果不够理想的问题，本发明利用现有的计算机硬件条件和软件技术，融合海天背景和多类目标的红外仿真，提出一种海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种海天背景下多类目标的红外动态场景实时仿真方法，包括以下步骤：

红外建模：建立海天背景、空中目标和舰船目标的几何模型和红外辐射模型；

场景构建：根据上述模型构建包含指定类型和数目几何模型的场景；

红外计算：根据红外辐射模型计算场景中的红外辐射；

红外大气传输：将指数雾化模型和大气消光系数相结合，模拟红外大气传输效果；