空中目标与背景的红外图像仿真技术研究

论文摘要

红外技术已广泛应用于军事和民用领域,基于红外技术自身的特性及其在军事领域的重要性,各发达国家都争相发展红外技术。红外仿真技术是红外技术中的一个分支领域。很多限制条件下无法获得的红外图像均可由计算机仿真生成。随着现代科技和计算机技术的发展,使用计算机对红外图像进行纯软件模拟仿真成为可能。基于红外图像仿真在军事上的广泛应用,空中目标和背景的红外仿真以及合成技术成为一个重要的发展方向。本文对红外图像的成像机理、红外成像仿真的对象分类和红外图像仿真的基本原理进行了研究。确定空中目标和背景的红外图像仿真技术为研究范围,对飞机目标和云背景的红外图像仿真技术,以及红外图像在大气中的传输处理与目标和背景红外仿真图像的合成技术进行了重点研究。在飞机目标的红外图像仿真研究中,首先使用3DMAX软件建立了飞机目标的几何模型,并以传热学和红外辐射基本原理为基础,分别就低速运动目标的红外成像模型和高速运动目标的红外成像模型建立目标表面片的三维热平衡方程,经过半经验模拟近似仿真方法,仿真生成飞机目标的零视距红外图像。在云背景的红外图像仿真研究中,针对云背景的红外图像特点,采用基于图像统计模型的仿真方法,对真实红外云背景图像的小波系数的统计特性进行分析,本文采用小波变换中的Curvelet变换和Steerable Pyramid小波分别对输入的真实红外图像进行统计分析,得出云背景基于两个小波系数的统计特性,在此基础上对云背景红外成像图像进行仿真。为了更好地达到真实红外图像的效果,我们利用经典的MODTRAN模型仿真出不同天气状况下的大气对红外目标仿真图像传输的影响,然后与仿真的云背景红外图像进行合成。最终生成含有飞机目标的云背景的红外仿真图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 红外图像的成像机理
• 1.3 红外图像仿真的对像分类和基本原理
• 1.3.1 红外成像仿真对像分类
• 1.3.2 红外图像仿真基本原理
• 1.4 红外图像仿真的国内外发展现状
• 1.4.1 红外目标仿真技术的国内外发展现状
• 1.4.2 红外背景仿真技术的国内外发展现状
• 1.5 红外仿真目前存在的问题
• 1.6 论文的主要内容
• 第2章 基于传热学与红外辐射的目标建模与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 传热学与红外辐射基本理论
• 2.2.1 传热学基本理论
• 2.2.2 红外热辐射基础理论
• 2.3 飞机红外辐射特性分析
• 2.4 红外目标建模与仿真
• 2.4.1 运动目标的红外成像模型
• 2.4.2 目标红外图像的绘制与生成
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于图像统计的红外背景建模与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 Curvelet 变换的基本概念
• 3.2.1 Curvelet 变换的特点
• 3.2.2 连续Curvelet 变换
• 3.2.3 离散Curvelet 变换
• 3.2.4 Curvelet 变换的分解与合成过程
• 3.2.5 Curvelet 变换的系数特征
• 3.3 Steerable Pyramid 小波的基本概念
• 3.3.1 Steerable Pyramid 原理
• 3.3.2 Steerable Pyramid 分解子空间图像的灰度分布特性
• 3.4 仿真算法设计和实验结果
• 3.4.1 子带系数拟合的分布类型
• 3.4.2 子带系数分布拟合与产生
• 3.4.3 Curvelet 变换仿真结果
• 3.4.4 Steerable Pyramid 变换仿真結果
• 3.5 本章小结
• 第4章 红外图像在大气中的辐射传输及图像合成
• 4.1 引言
• 4.2 红外目标图像在大气中的辐射传输
• 4.2.1 大气辐射传输模型MODTRAN
• 4.2.2 红外图像在大气传输中的仿真
• 4.2.3 实验结果和分析
• 4.3 红外图像合成
• 4.3.1 红外图像的合成方法
• 4.3.2 红外场景中的目标添加
• 4.4 实验结果和分析
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢