地面目标辐射红外图像仿真的开题报告 .pdfVIP

开题报告——基于VEGA的地面目标辐射红外图像仿真

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，

每人撰写2000字左右的文献综述：

对红外图像的仿真工作。最早在上世纪70年代在美国展开。美国、英国、

法国等发达国家都在红外仿真系统的研制上下了很大功夫。建立了完整的实验室。

例如美国红石兵工厂陆军高级仿真中心的红外仿真系统，美国陆军白沙靶场红外

仿真实验室，英国宇航公司基于5轴转台方案的红外仿真系统以及美国波音公司

的红外制导仿真系统等。

最早的红外图像仿真方法主要是通过研究目标北京的表面温度分布模型，以

获得到目标背景的温度二维平面分布，然后计算得到辐亮度等辐射特性，归一化

得到红外图像。该时期的研究主要包括对地面植被热模型的研究，对自然地表在

一天中红外辐射变化的统计规律的研究，以及不同天气影响下的地面背景表面温

度的计算模型；除对模型的研究外，还有人根据多年积累的材料辐射特性及热特

性，用一种统计的方法得到各类目标与背景的表面温度，结合气象参数后能预测

目标背景在一天不同时刻和一年不同季节的温度变化。

从目标背景的温度模型出发，Jacobs开展了对公路，砖墙灯光具有简单几何

外形的物体在晴、阴天气下红外成像模拟；Gerhart等人提出了一个模块化的计

算程序通过逐像素地映射目标背景场景的辐射量图来模拟生成红外图像；

Sheffer等人采用第一原理模型方法来产生红外场景图像。早期红外仿真技术主

要集中于模型的计算，但由于缺乏实验数据、计算模型本身不够精细，计算机生

成环境效果时过于注重细节，导致生成的红外视景图像真实感不强。

随着人们对红外图像理解的加强，逐渐认识到红外图像实际上是为了便于观

察，所以将红外波段辐射能量分布变换到可见光波段。而人眼视觉对图像的理解

是具有连续性和区域性的，因此在仿真红外图像时，并不总是需要逐点的计算模

型并映射到逐像素，而是可以针对不同材质区域进行仿真，对不同材质区域通过

赋予相应的辐射纹理而得到真实感很强的仿真红外图像。

基于上述因素以及计算机技术的蓬勃发展，利用计算机图形生成技术产生目

标/背景图形的新技术成为当前及未来红外视景仿真器的发展趋势。这种技术利

用探测器与目标的位置、姿态信息，计算目标与背景的形状、温度分布，特别是

目标与探测器之间的大气衰减等，把目标与背景随时间变化的红外能量分布转变

为动态图像数据，并通过一组硬件设备驱动相应的红外辐射发生装置如液晶光阀

等设备，来模拟产生真实场景的红外辐射的半实物仿真。

我国在计算机红外视景仿真研究方面起步较晚，但近些年也取得了许多研究

进展。在目标仿真方面，上海交通大学等单位对军舰尽兴了温度辐射建模，利用

有限元法将舰船划分为许多小面元，然后对表面温度尽兴理论计算；航天科工集

团二院207所、南京航空航天大学针对飞机尽兴了红外辐射的理论计算，并且与

实际测量进行了比对；北京理工大学对飞机和云层红外辐射进行了仿真研究，并

进行了红外目标的半实物仿真；南京理工大学对坦克的热辐射模型进行了研究；

兵器205所利用空间光调制技术，在动态场景半实物仿真器研究方面取得了重要

进展。

地面目标的红外辐射有两部分组成，目标自身的热辐射和反射环境的辐射。

目标自身热辐射主要的影响因素是目标的表面温度和发射率，从现有材料来看，

地面目标通常可以看作灰体，具有较高的发射率，通常在0.9之上。由电磁辐射

传播规律可知，当电磁辐射传输到物体表面时，将发生散射或反射、透射和吸收。

地面目标在红外波段通常是高发射率、低反射率，同时天空等环境在8~14μm.

波段辐射的能量较小，在此波段地面目标反射的红外辐射基本上可以忽略不计。

可见地面目标的红外辐射主要取决于目标自身的热辐射。当目标的表面温度和发

射率确定以后，目标的红外辐射也就随之确定。

地面目标的表面温度随时都会变化，它与所处的地理位置、季节、太阳辐射

强度、气候变化、空气流动和有无内热源等因素有关。同时地面目标表面不断以

辐射、对流和传导等形式和外界介质进行热交换。对目标温度的影响因素基本上

可归类于环境因素和地面目标内在因素两方面来考虑。环境因素主要是自然环境

对地面目标的影响，包括太阳直接辐射、天空辐射、地面背景辐射及对其它辐射

的反射、气温变化、风速、地理纬度和附近的地形地貌等。在地理纬度、地面目

标的朝向，地形条件确定的条件下，主要影响因素是太阳辐射强度、气温变化和

风速，地面材料的导热系数通常较小，其温度随太阳照射时间和强度而发生较大

的变化。影响地面目标的内在因素