红外多光谱图像仿真研究

论文摘要

红外多光谱图像仿真是现代红外科技领域的关键技术之一,它结合了红外物理学、传热学、计算机图形学和虚拟现实等多项技术,为红外多光谱成像系统及相关应用提供了一个逼真模拟平台。本文的主要研究工作是对通过熟悉红外多光谱图像仿真一般流程,并具体针对基于Vega平台的红外仿真进行改进。传统Vega红外仿真方法中物体温度是基于一维热导方程,与真实物理过程相差较大。本文提出的基于Vega与ANSYS的红外多光谱图像仿真采用三维热导方程,使得红外仿真结果更加逼近真实情况。本文提出了两种基于Vega平台红外多光谱图像仿真方法,均能得到不同季节、天气、时间等不同成像条件下的红外多光谱图像。本文首先介绍了红外辐射在大气中的传输特性,分析了不同大气成分对不同波段红外辐射传输的影响,并给出了相应的计算公式来定量计算大气对红外辐射衰减,本文是通过MAT设定相应成像条件条件来计算得到大气数据。接着论述了红外多光谱图像仿真中几个重要环节实现过程,主要利用Vega平台进行红外多光谱图像仿真,这是一种便捷手段。文中简单介绍了Vega平台、Pro/Engineer进行目标建模和MultiGen Creator背景建模过程,讨论了一般温度场模型以及求解方法和如何利用ANSYS进行温度场有限元分析,给出了红外多光谱传感器系统仿真框架和实现方法。最后本文详细描述了两种基于Vega平台的红外多光谱图像仿真方法:一种是直接利用可见光图像将其转为8~12μm内四个子波段红外图像,这种方法具有高效特点,避免了复杂的三维建模工作;另外一种是分别通过Pro/Engineer进行目标建模和MultiGen Creator背景建模来完成场景模型建立,借助ANSYS有限元分析软件对目标的温度场进行计算,然后通过OpenFlight API格式转换导入到Vega平台中进行红外多光谱图像仿真,最后通过对比实验说明该方法更接近物理过程。在本文的最后,作者总结了全文的研究工作,并提出了本课题后续存在的关键技术问题,指出了下一步工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 红外成像仿真原理
• 1.3 红外成像仿真研究概况
• 1.4 本论文主要工作
• 2 红外辐射在大气中的传输特性
• 2.1 大气构成
• 2.2 红外辐射与地球大气的相互作用
• 2.3 影响红外辐射传播的气象条件
• 2.4 本章小结
• 3 红外多光谱图像仿真方法
• 3.1 Vega 简介
• 3.2 场景几何建模
• 3.3 温度场模型及其数值求解方法
• 3.4 红外多光谱传感器系统仿真
• 3.5 本章小结
• 4 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真
• 4.1 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真流程说明
• 4.2 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真实例
• 4.3 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真
• 5.1 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真流程说明
• 5.2 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真实例
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献