[发明专利]基于硬件管线加速的实时红外成像仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于硬件管线加速的实时红外成像仿真方法及系统，方法步骤如下：预计算红外仿真过程中所需的数据，使用实时光线追踪硬件渲染管线计算红外仿真场景中的辐射分布，模拟红外成像设备的探测器效应，生成最终的红外仿真图像。本发明可以通过使用预计算的红外数据作为输入，基于渲染管线中的实时光线追踪技术的加速，可实时仿真生成场景的红外图像。

技术领域

本发明属于红外仿真技术，具体为基于硬件管线中的实时光线追踪技术，根据目标和背景的温度场数据，综合考虑环境、大气的影响计算出其辐射亮度值最终生成对应波段的红外仿真图像。

背景技术

红外成像是指研究如何有效地探测景物的红外辐射，并将辐射信息转换为可被人眼感知的图像信号的技术科学。通常在计算机上借助于三维引渲染擎进行虚拟场景构建、辐射能量计算、成像过程模拟来生成符合物理规律红外图像，近两年来，硬件的进步和实时光线追踪技术的发展，使得使用光线追踪算法进行实时渲染成为可能，使用此技术可以渲染出准确度更高的场景画面。

在军事领域作战训练、目标探测方面，红外成像技术应用广泛，但是其成像质量受探测波段、气象条件和传感器硬件参数因素的影响，要生成在不同因素影响下的红外图像，将会消耗不小的时间、人力资源，因此使用计算机在三维渲染引擎中进行红外仿真成像的方法十分重要。但在具有地形背景、建筑、车辆目标的复杂场景下进行快速红外仿真成像，需要十分巨大的计算量。为了能在三维仿真程序运行中根据视点位置移动或仿真目标移动实时生成红外图像，之前研究在实时仿真生成图像时仅考虑直接辐射或仅考虑一次反射来减少计算量，该方法不符合辐射能量传播的物理规律，生成的红外图像存在辐射能量计算不准确问题。

发明内容

为了解决现有方法的不足，本发明的目的在于提供一种红外成像仿真方法，能够实现根据物体温度场数据计算出物体的红外辐射，并模拟红外成像设备的传感器效应，生成红外仿真图像。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于硬件管线加速的实时红外成像仿真方法，包括如下步骤：

步骤1、预计算红外仿真过程中所需的数据，包括仿真背景和目标的温度场、表面材质参数、仿真时段的太阳辐射、环境辐射、大气透过率和路径辐射，制作成纹理图像；

步骤2、使用实时光线追踪硬件渲染管线，计算红外仿真场景中的辐射分布；

步骤3、模拟红外成像设备的探测器效应；

步骤4、生成最终的红外仿真图像。

在其中的一个实施例中，所述的预计算红外仿真过程中所需的数据，具体如下：

对仿真背景和目标进行建模，并对其表面材质进行划分，计算出对应模型的温度场数据；

计算出仿真过程中场景的太阳辐射、环境辐射、大气透过率和路径辐射数据。

在其中的一个实施例中，所述的使用实时光线追踪硬件渲染管线，计算红外仿真场景中的辐射分布，具体方法为：

步骤2.1、在渲染引擎的实时光线追踪渲染管线中，添加全局的RenderTarget对象，用于存放预计算的纹理查找表；添加Uniform变量，将其关联到RenderTarget对象，当程序加载预计算数据后，渲染管线中的着色器通过关联的Uniform变量访问到预计算的纹理查找表；仿真开始时，加载步骤1中预计算的仿真数据，并开始生成光线向场景中发射并进行追踪；

步骤2.2、当光线与模型表面相交时，通过物体的材质纹理，获取到物体表面点处的材质编号信息，结合输入的温度纹理，按照自身发射率乘以对应温度的黑体的辐射来计算物体的自发辐射；