[发明专利]基于纹理的红外粗糙海面动态仿真方法

权利要求书

1.一种基于纹理的红外粗糙海面动态仿真的方法，包括如下步骤：

(1)采用Torrance-Sparrow光照模型，并利用双向反射率分布函数BRDF和经验模型Wilson公式，建立海面的红外辐射模型：

L＝τε(ω)L₁(T)+τ(ρ₁L₂+ρ₂L₃)+L₄，

其中，τ为海面到传感器之间的大气透过率，ε(ω)为海面发射率，ω为辐射方向与水面法线间的夹角，L₁为黑体辐射亮度，T为海水温度，ρ₁为天空辐射在海面上的反射率，L₂和L₃分别为天空背景在海面上的辐射值和太阳辐射入射前在海面上的辐射值，ρ₂为太阳辐射在海面反射的双向反射率，L₄为传感器到海面的大气路径辐射值；

（2）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中辐射方向与水面法线间的夹角ω，ω的取值为0～90度，计算海面发射率ε(ω)，并将该计算结果存储为海面发射率纹理E；

（3）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中微面元法线H与水平面法线N的夹角α，α的取值为0～90度，计算海面模型微面元分布概率P(α)，并将该结果存储为微面元分布概率纹理P；

（4）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中的波长λ、气象视距V和水平路程x，λ的取值为3～5μm，V的取值为0～10km，x的取值为0～10km，计算天空辐射的大气透过率τ和大气路径辐射L₄,并将该结果存储为大气透过率纹理T和大气路径辐射纹理L；

（5）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中波长λ、天顶角μ，λ的取值为3～5μm、μ的取值为0～90度，计算太阳辐射L₃和天空背景辐射L₂，并将该结果存储为太阳辐射纹理D和天空背景辐射纹理S；

（6）利用图形编程语言Cg，将海面发射率纹理E、微面元分布概率纹理P、太阳直射辐射纹理D、天空背景辐射纹理S、大气路径辐射纹理L和大气透过率纹理T写入后缀为.material的材质脚本；

（7）通过可编程图形处理单元GPU完成材质脚本的解析和编译，并载入显存中，形成可编程图形处理单元GPU的执行代码，利用执行代码完成对红外粗糙海面的实时仿真。

2.根据权利要求1所述的基于纹理的红外粗糙海面动态仿真方法，其中步骤(2)所述的海面发射率ε(ω)，是通过Atmosphere软件中的经验模型Wilson方程计算，即

ε(ω)＝0.98[1-(1-cosω)⁵]

其中，ω为辐射方向与水面法线间的夹角。

3.根据权利要求1所述的基于纹理的红外粗糙海面动态仿真方法，其中步骤(3)所述的计算海面模型微面元分布概率P(α)，是通过Atmosphere软件中的Beckmann分布函数计算：

P(α)≈1m2cos4αe-tan2αm2]]>

其中，m为微面元法线方向的均方根值，取值m=0.09，α为微面元法线H与水平面法线N的夹角。

4.根据权利要求1所述的基于纹理的红外粗糙海面动态仿真方法，其中步骤(4)所述的计算大气透过率τ和大气路径辐射L₄，是通过Atmosphere软件中的大气透过率公式和大气路径辐射公式计算：

大气透过率τ为：

τ(λ)=exp[-3.91V(λ0λ)qx]]]>

其中，λ为波长，V为气象视距，λ₀取默认值0.61μm，q为学系数，默认值为1.3，x为探测器到海面的水平路程；

大气路径辐射为：

L4=L5ρ(ψ′)P(α)GcosΘ]]>

其中，衰减系数G＝min{1,2cosαcosΘ/cosψ′,2cosαcosψ/cosψ′}

反射系数ρ(ψ′)＝1-0.98[1-(1-cosψ′)⁵]

L₅是海面阳光反射前的辐射量,Θ是水面法线和传感器之问夹角，ψ是海面法线与微面法线之间的夹角，ψ′为微面法线与入射太阳光线夹角，α为微面元法线H与水平面法线N的夹角。