本文選題：紅外輻射傳輸　切入點：紅外成像仿真　出處：《中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：近幾年來,紅外技術在國家防御、國民經(jīng)濟及科學研究等方面發(fā)揮著重要作用,受到了世界各國的重視。而這其中,無論是紅外預警、紅外遙感等都離不開紅外成像技術,它具有作用距離遠、穿透能力強、抗干擾能力好、可持續(xù)性長等優(yōu)勢,在紅外技術領域中具有舉足輕重的地位。由于紅外成像技術的重要性,近幾年來,對紅外成像技術的研究方興未艾。這其中,急需大量特殊條件下的紅外圖像作為研究或測試對象。但現(xiàn)階段直接獲得相關紅外圖像十分困難且成本高,大多數(shù)情況只能在外場實地采集。這種方法直觀真實,獲得的數(shù)據(jù)準確可靠,卻要耗費大量資源,耗時長,且很可能無法直接采集;同時,外場采集方式只能獲得當時條件下的紅外圖像,難以覆蓋諸多實驗對特殊條件的需求�；谝陨闲枨蟊尘�,本文重點研究紅外成像仿真技術,通過計算機仿真手段模擬了4個紅外波段(短波、中波、中長波、長波)紅外探測器入瞳輻射圖像,為這類問題的解決提供了一種簡單可行、方便快捷、經(jīng)濟有效的途徑。實現(xiàn)了實時的輻射傳輸與成像仿真,具有很強的工程實用性和應用價值。所做工作如下:本文針對的目標與背景,是用于紅外監(jiān)視與紅外預警等的研究。目標以飛機、導彈等飛行器為主,而背景主要是地表自然背景,如土地、海洋、草地、森林等,二者的輻射傳輸和成像仿真原理不同。本文對目標與背景分別采用不同的建模方法和輻射傳輸計算方法,其中重點是背景。本文理清了地球背景至探測器入瞳的紅外成像過程,重點對反射輻射進行了研究與分析。目前,主流方法采用簡單模型來對反射環(huán)節(jié)建模,成像效果不佳,本文利用的是參數(shù)化BRDF模型。從而結合背景自身輻射和反射輻射,進行輻射的入瞳傳輸,建立了背景入瞳成像仿真鏈路。本文針對目前相關研究在實時性上存在的不足,提出了實時性的要求,并為其做出了相關努力。重點針對采用CPU串行方法,實時性差的現(xiàn)狀,在紅外仿真原理和過程深入研究的前提下,采用基于CUDA的并行計算方法和基于OpenGL強大的圖形計算方法,在GPU上完成了輻射傳輸計算,同時結合OpenGL實現(xiàn)了整個入瞳輻射成像過程。本文借助CUDA和OpenGL,以VS 2010為開發(fā)環(huán)境,以紅外成像仿真軟件的形式,給出了紅外輻射計算方法與成像仿真方法的具體實現(xiàn)。最后,本文進行了初步的紅外成像仿真實驗,以驗證仿真圖像的質量及仿真方法的實時性等。本文通過仿真手段得到的仿真圖像,真實度高,實時性好,為后續(xù)紅外成像仿真領域深入研究打下了基礎,提供了條件。
[Abstract]:In recent years, infrared technology has played an important role in national defense, national economy and scientific research, and has been attached great importance to by countries all over the world. Among them, infrared early warning and infrared remote sensing are inseparable from infrared imaging technology. It has the advantages of long operating distance, strong penetration ability, good anti-jamming ability, long sustainability and so on. It plays an important role in the field of infrared technology. Because of the importance of infrared imaging technology, in recent years, The research on infrared imaging technology is in the ascendant. Among them, a large number of infrared images under special conditions are urgently needed as research or test objects. However, it is very difficult and costly to obtain related infrared images directly at this stage. Most cases can only be collected in the field. This method is intuitive and true, the data obtained is accurate and reliable, but it consumes a lot of resources, takes a long time, and may not be directly collected; at the same time, The method of external field acquisition can only obtain infrared images under the condition of that time, and it is difficult to cover the special conditions of many experiments. Based on the above requirements, this paper focuses on the infrared imaging simulation technology. Through computer simulation, four infrared detectors (short, medium, medium, long and long) infrared detectors are simulated, which provide a simple, feasible and convenient way to solve this kind of problem. The real time radiative transmission and imaging simulation is realized, which has strong engineering practicability and application value. The work done is as follows: the aim and background of this paper, It is used for infrared surveillance and infrared early warning research. The targets are aircraft, missiles and other aircraft, while the background is mainly ground surface natural background, such as land, sea, grassland, forest, etc. The principles of radiative transmission and imaging simulation are different. In this paper, different modeling methods and radiative transfer calculation methods are used for the object and background respectively, and the emphasis is on the background. In this paper, the infrared imaging process from the earth background to the pupil of the detector is clarified. The reflection radiation is mainly studied and analyzed. At present, the main method uses simple model to model the reflection link, and the imaging effect is not good. In this paper, the parameterized BRDF model is used to combine the background radiation and reflection radiation. The emulation link of background pupil imaging is established by transmitting radiation into pupil. In this paper, the requirement of real time is put forward in view of the deficiency of current research on real time. Aiming at the current situation of using CPU serial method and poor real-time performance, the parallel computing method based on CUDA and the powerful graphic computing method based on OpenGL are adopted under the premise of in-depth research on the principle and process of infrared simulation. The radiative transfer calculation is completed on GPU and the whole imaging process is realized by combining with OpenGL. In this paper, with the help of CUDA and OpenGL, VS2010 is used as the development environment, and the infrared imaging simulation software is used. The infrared radiation calculation method and the imaging simulation method are given. Finally, the infrared imaging simulation experiment is carried out in this paper. In order to verify the quality of the simulation image and the real-time performance of the simulation method, the simulation images obtained in this paper are of high fidelity and good real-time, which lays a foundation for the further research in the field of infrared imaging simulation.
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;TN219

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