光学 精密工程
2023, 31(24): 3651
天基红外观测场景中云场景具有几何结构动态变化复杂、尺度变化随机、辐射动态变化不确定的特点且与天基动态探测链路耦合，对系统探测效能造成极大影响。因此，开展云场景仿真方法研究对天基红外光学卫星系统设计具有非常重要的意义。针对传统仿真方法在大尺度动态云图像仿真应用中计算效率低、占用内存大的问题，提出了一种基于时序平滑多尺度叠加方法的动态云图像仿真方法，在基于多尺度叠加算法进行云层整体位置移动仿真的基础上，利用帧间插值的方法实现动态云层形状结构变化，计算效率提高10倍以上，真实模拟云场景的整体移动与内部变化，实现大尺度动态云图像的仿真。
图像仿真 红外系统 动态云场景 多尺度叠加 image simulation infrared system dynamic cloud scene multiscale superposition 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220656
红外警戒系统、红外成像制导导弹等**装备在进行性能评估和模拟训练过程中都需要大量红外仿真图像，但目前红外仿真软件普遍存在生成红外仿真图像逼真度差、软件普适性不好等问题，且国外技术封锁造成我国红外仿真软件发展缓慢。因此，针对国内可见光图像仿真技术日趋成熟的现状，为提高红外仿真图像质量，本文提出了一种采用循环生成对抗网络、由可见光图像生成红外仿真图像的方法，并通过实验验证该算法是有效可行的。该算法首先通过区域生长算法从采集的可见光图像中提取水上目标，建立了水上目标可见光图像生成红外图像的训练数据集；然后利用训练好的网络生成红外仿真图像。测试实验表明，采用这种方法所生成的水上目标红外仿真图像视觉效果接近真实红外图像，可实际应用于海军红外**装备模拟试验和训练系统。
红外图像仿真 图像风格迁移 循环生成对抗网络 区域生长算法 infrared image simulation, image style migration,
1 北方工业大学信息学院, 北京 100144
2 中国科学院自动化研究所数字内容技术与服务研究中心, 北京 100190
提出了一种应用于红外图像仿真的级联多尺度信息融合生成对抗网络,能由可见光图像估计对应的红外图像。针对可见光与红外图像特征之间的关联与区别,该网络采用级联的对抗网络结构:第一级对抗网络以语义分割图像为辅助任务,使用大感受野的卷积网络结构,重建红外图像的结构信息;第二级对抗网络以可见光的灰度反转图像为辅助任务,采用小感受野的网络结构,补充红外仿真图像的细节纹理信息,并使用多尺度融合模块整合多感受野信息以提升算法精度。在先进算法的通用数据集上进行实验,结果表明,级联多尺度信息融合对抗网络能够实现可见光到红外图像的转换,可得到结构与纹理都较正确的红外仿真图像,在多种客观指标与主观感受上均优于其他类似算法。
图像处理 红外图像仿真 生成对抗网络 图像域转换 感受野 光学学报
2020, 40(18): 1810001
1 中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003
2 哈尔滨工业大学 工信部空天热物理重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性，采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程，根据本体与三维尾焰的成像几何关系，采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像，采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像，建立了目标投影算法，并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度，实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明：投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像，目标红外图像辐射分布与温度分布一致，尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好，CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率，当计算量较大时，蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。
红外辐射 空中目标 图像仿真 CUDA并行计算 infrared radiation aerial target image simulation CUDA parallel compute 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404003
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 光学辐射重点实验室, 北京 100854
卫星遥感是研究地球大气背景红外辐射特性的重要手段, 受大气影响及传感器观测条件的限制, 无法获取多气象、多探测条件的辐射数据。针对该问题, 基于JHU地物光谱数据库, 分析了植被、水体、岩石等光谱辐射特性, 结合传感器光谱响应, 建立了3~5 μm基于光谱相关性的地表辐射波段转换模型, 并利用逐步回归法计算误差, 模型误差小于10%。利用MODIS、AIRS等多源遥感数据产品, 根据地表-大气-传感器辐射传输模型, 模拟不同时空分辨率、探测条件等的地球背景辐射中红外图像。结果表明, 利用多源遥感数据进行中红外图像仿真, 可以实现大尺度、具有细致纹理结构的图像模拟, 应用于遥感研究。
红外辐射 图像仿真 波段转换 大气传输 infrared radiation image simulation band extrapolation atmospheric transmission 红外与激光工程
2018, 47(11): 1104004
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对靶场经纬仪设备操作手实战经验少、训练成本高的问题，设计并实现了基于Vega Prime的光电经纬仪电荷耦合传感器 (Charge Coupled Device, CCD)图像仿真系统。对任务弹道数据进行了分析，建立了地心直角坐标系与仿真系统坐标系之间的转换关系，获得了目标在仿真场景中的理论位置，并通过解算得到了姿态数据。根据CCD传感器的光学系统参数，计算了仿真图像的理论视场角。实践结果表明，该仿真系统从目标仿真和视场仿真两方面渲染图像，可确保目标的轨迹与姿态更符合真实任务的情况。对操作手进行了针对性训练，使其熟悉了任务流程，从而提高了训练效率。
坐标转换 图像仿真 光电经纬仪 Vega Prime Vega Prime coordinate conversion imaging simulation photoelectrical theodolite
1 中国人民解放军 91336 部队，河北 秦皇岛 066326
2 海军工程大学 兵器工程系，湖北 武汉 430033
3 海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033
舰船在水面航行时，由于船体和水面的相互作用，在船后会形成一条清晰可见的V 形的尾迹，即Kelvin 尾迹。首先基于海浪谱模型，生成了粗糙海面的几何构型，并结合Kelvin 尾迹模型，完成海面Kelvin 尾迹的几何构型。然后，通过波面发射率计算、探测器视场模型建立及热像生成3 个步骤，完成海面Kelvin 尾迹的红外图像仿真。最后，根据尾迹与周围海水间的辐射温差，建立Kelvin 尾迹的探测模型。研究结果表明：探测天顶角越大，Kelvin 尾迹与周围海水间的发射率差异越明显，尾迹的红外图像特征越显著；同时，随着探测天顶角的增大，探测概率逐渐增大。
开尔文尾迹 红外特征 图像仿真 探测概率 Kelvin wake infrared characterizations image simulation detection probability
无人机红外辐射特性建模及图像仿真计算具有重要意义。利用CFD软件计算无人机温度分布, 建立了蒙皮稳态温度数据库和满足精度需求的温度插值算法, 实现了无人机蒙皮温度的插值计算; 提出网格编号投影思想, 改进基于深度缓存的正交投影方法, 建立了适于红外图像的二维投影算法; 基于无人机辐射、大气传输和探测器响应的光谱特性, 采用光谱积分方式计算无人机光谱及波段红外特性和图像序列, 建立了无人机红外辐射计算模型。对无人机红外辐射特性和模型计算速度进行了分析, 并与某型无人机实测数据进行了比对, 结果表明: 模型计算误差小于20%, 可用于仿真实验测试与分析。
无人机 红外辐射 图像仿真 UAV infrared radiation image simulation 红外与激光工程
2017, 46(6): 0628002
