[发明专利]一种基于实测图像的红外成像模糊效应仿真方法

权利要求书

1.一种基于实测图像的红外成像模糊效应仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、准备工作

整理实测红外图像数据、红外图像采集系统性能参数和所选用仿真系统设计参数；

第二步、实测红外图像数据预处理

对输入实测红外图像数据进行预处理，包括手动去噪、图像降噪，抑制红外图像采集系统噪声对仿真结果的影响；

第三步、场景辐射分布解析

通过辐射定标的方式，对实测红外图像数据解析，获得场景辐射分布；

第四步、结合仿真系统设计的光学镜头透过率、探测器信号响应率、光学镜头孔径面积、光学镜头焦距、光学镜头放大率、像元大小了、信号处理电路的信号放大系数，计算场景辐射产生的光电信号分布S(x,y)；

第五步、仿真系统调制传递函数转换矩阵计算

根据仿真系统设计参数，计算仿真系统对比度调制传递函数MTF_s(f_x,f_y)；结合红外图像采集系统对比度调制传递函数MTFt(f_x,f_y)，计算调制传递函数转换矩阵A(f_x,f_y)；

第六步、转换矩阵逆傅里叶变换

对转换矩阵A(f_x,f_y)进行逆傅里叶变换，得到矩阵FFT^-1(x,y)；

第七步、红外成像模糊效应计算

将矩阵FFT^-1(x,y)与第四步得到的光电信号分布S(x,y)卷积，实现红外成像模糊效应仿真；

第八步、仿真图像空间分辨率转换。

依据红外图像采集系统信号几何分辨率转换原理，构建实测红外图像与仿真图像之间的空间分辨率转换关系，实现仿真系统空间分辨率特性仿真；

第九步、仿真图像噪声计算。

结合仿真系统NETD、噪声等效带宽、噪声信号方差，在第八步基础上叠加仿真系统噪声特性；

第十步、仿真图像输出与显示。

输出并显示最终仿真图像。

2.如权利要求1所述的基于实测图像的红外成像模糊效应仿真方法，其特征在于，所述第一步中，利用640×512分辨率的中波红外热像仪作为红外图像采集系统，采集标准靶标的红外图像，并记录热像仪的焦距f_t、光学镜头孔径面积A_o、像元大小d_wt×d_ht；记录仿真系统的设计参数，包括光学镜头透过率τ_o(λ)、光学镜头焦距f_s、光学镜头孔径面积A_o、探测器信号响应率R(λ)、像元大小d_ws×d_hs、信号处理电路的信号放大系数G_c。

3.如权利要求2所述的基于实测图像的红外成像模糊效应仿真方法，其特征在于，所述第三步中，在室内，将中波红外热像仪对准标准黑体源，调节黑体源温度，记录不同黑体温度下的热像仪输出数字信号，绘制热像仪“黑体温度-数字信号”辐射标定曲线，得到黑体温度T_t与数字信号D_t之间映射关系T_t＝C(D_t)；在此基础上，根据实测红外图像对应的数字信号，得到实测红外图像每个像素的黑体等效温度T_t(x,y)＝C(D_t(x,y))；依据普朗克辐射公式，计算得到红外图像每个像素的场景辐射亮度：

式中，C₁表示第一辐射常数，C₁＝3.74×10⁸(W·μm⁴/m²)，C₂表示第二辐射常数，C₂＝1.44×10⁴(μm·K)。

4.如权利要求3所述的基于实测图像的红外成像模糊效应仿真方法，其特征在于，所述第四步中，根据仿真系统设计参数，利用红外图像每个像素的场景辐射亮度L_t(x,y,λ)，计算红外图像每个像素的场景经仿真系统响应后的光电信号分布S(x,y)：