红外与激光工程
2022, 51(5): 20210916
1 中国科学院智能红外感知重点实验室 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学，北京 100049
在对海面舰船进行红外探测时，海雾作为影响大气透过率的重要因素，会降低舰船目标与海面背景的对比度。随着海雾浓度的增大，目标对比度小于探测阈值，基于传统强度信息的红外探测方法无法探测到舰船。针对上述问题，分析了海雾场景的偏振特征，提出基于海面偏振特性的背景辐射抑制方法来增强目标对比度。首先，分析不同条件下海雾的大气透过率与红外热辐射之间的关系。然后，分析海面辐射的偏振特征，建立场景偏振对比度与强度对比度的数学模型。最后，通过仿真分析不同舰船-海面温差、不同探测角度和不同探测高度下阈值透过率（）和偏振/强度对比度提升倍数（）的变化规律。仿真结果表明，随着舰船海面温差和探测角度的减小，逐渐增大，强度始终大于偏振，且强度与偏振的差值逐渐升高。因此，该方法对低大气透过率海雾环境中的舰船探测提供了有益的参考。
红外偏振 对比度提升 阈值透过率 场景仿真 infrared polarization contrast improvement threshold transmittance scene simulation
1 北京环境特性研究所，北京 100039
2 光学辐射重点实验室，北京 100854
建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法，生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像，并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率；同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹，利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输，生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系，对尾喷焰和背景投影成像，合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现，地面背景的辐亮度得到了压制，同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外，分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明，场景生成方法准确可靠，可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。
红外辐射 场景仿真 火箭尾喷焰 MODIS infrared radiation scene simulation rocket plume MODIS 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200519
中国科学院国家空间科学中心 复杂航天系统电子信息技术重点实验室, 北京 100190
成像系统仿真对光学遥感器的论证、设计和在轨性能预估具有重要意义。场景作为遥感的对象, 其特性的表征和模拟对仿真结果有直接影响。场景特性难以全面表征, 针对光学遥感及其应用最为关键的几何、光谱和辐射特性, 提出一种基于光场理论的数字场景仿真方法。以包含空间坐标、方向、波长、强度的全光函数作为数字场景仿真的表征参数, 建立了涵盖太阳直射、天空漫射和背景反射等因素的数字场景入射辐照度场模型, 以及考虑方向反射特性的数字场景出射辐亮度场模型, 并基于简单场景对模型进行分析和验证。该方法能够为成像系统仿真及新型载荷研制提供包含多种特性的数字场景模型。
光学遥感 场景仿真 光场 全光函数 optical remote sensing scene simulation optical field plenoptic function 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818003
昆明物理研究所 于起峰院士工作站，云南 昆明 650223
红外成像系统的测试对于红外成像系统的研制具有重要的意义。传统的测试方法由于需要在真实环境中进行试验，因而受时间、空间和环境等方面的限制。为解决上述问题，本文采用红外场景产生技术，提供实验所需的仿真场景，并进行红外成像系统的半实物仿真试验（如注入式仿真试验），进行红外成像系统的测试。红外场景产生技术已成功应用于跟踪器性能测试和图像处理算法研究。实验结果表明，该方法可以节省大量的人力、物力和财力，并缩短产品研发周期。
红外场景产生 半实物仿真 注入式仿真 infrared scene simulation semi-physical simulation injected-simulation
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 装备学院, 北京 101416
基于数字微镜器件(DMD)构建的高帧频景像仿真系统, 可以实现可见光和红外波段高帧频探测系统的功能和性能测试, 其驱动技术是整个仿真系统的核心。以FPGA为核心, 结合DMD的硬件特性和改进的PWM调制方法, 完成DMD控制系统驱动设计, 实现PCIe高速数据传输、DDR3数据存取以及DMD高帧频灰度图像显示, 同时, 利用WinDriver完成上位机PCIe驱动设计。通过实验验证, 该驱动技术能够实现仿真系统以1000Hz高帧频显示8bit灰度图像, 满足高帧频探测系统测试需求, 并可广泛应用于可见光和红外波段高帧频景像仿真系统的构建。
数字微镜器件 高帧频显示 景像仿真 FPGA驱动 DMD high frame rate displaying scene simulation FPGA driving
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
电阻阵列探测器规模已经达到256×256,红外景象生成器要求像素规模能够进一步提高,达到512×512及以上。空间低温动态场景模拟用512×512电阻阵探测器的极端功耗高达500 W,并且其工作温度为100 K的低温。设计了低温大功率电阻阵列的封装结构,并对该结构进行了热力学仿真分析与实验验证。电阻阵列探测器封装在内部为真空的壳体内,以液氮为循环介质的大冷量换热装置,探测器安装在换热装置的冷端上。仿真分析表明通过液氮可以实现探测器低于100 K的制冷;采用试验件对制冷性能进行了验证,验证结果表明设计可行、合理。
电阻阵列 红外场景模拟 低温制冷 大功率 resistor array infrared scene simulation cryogenic cooling high-power
1 中国科学院上海技术物理研究所， 上海 200083
2 中国科学院大学， 北京 100049
传统的仿真技术会受算法的复杂度、运算能力及接口等的限制。针对这一问题，设计了一种基于增强现实的思想在真实图像上进行实时动态红外场景仿真的系统。首先使用3DS MAX生成虚拟目标模型，再对虚拟目标模型进行几何一致性变换和红外辐射一致性变换，使用SURF-ORB特征匹配对探测器的运动姿态进行跟踪，最终通过光栅渲染使虚拟目标与真实场景进行虚实融合，完成基于增强现实的动态红外场景仿真系统的设计。实验结果显示，该系统能够实现高帧频、高真实性的红外仿真图像，具有较强的可扩展性。
红外场景仿真 增强现实 几何一致性 红外辐射一致性 SURF-ORB特征匹配 infrared scene simulation augmented reality geometric consistency infrared radiation consistency SURF-ORB feature matching
为研究动态飞行中外界环境色彩对平显显示信息的视觉影响，研制了一套平显信息配色绩效评价模拟系统。首先,采用IData软件对飞行导航平显界面进行建模，设置平显颜色字符块变量;其次,将建模生成的平显画面导入模拟飞行视景中进行飞行模拟测试，在模拟飞行过程中调用JSBSim模型对飞行操作数据进行动力学解算;最后,在测试过程中根据不同的飞行视景改变不同的平显字符块颜色进行模拟操作绩效的考察。模拟系统使用了OSG视景仿真软件包进行高逼真度视景仿真开发，大幅度降低了模拟系统的开发周期与难度。经过若干飞行员的模拟飞行试验，显示画面无抖动、无畸变，平显信息配色过程中无明显的视觉延迟，完全满足飞行员的测试需要。
平视显示器 显示色彩 模拟系统 视景仿真 HUD display color simulation system scene simulation
空军工程大学 航空航天工程学院, 陕西 西安 710038
针对自主空中加油对接阶段锥套跟踪问题, 提出了一种基于tracking-learning-detection (TLD)的锥套跟踪算法。该算法将加油锥套的跟踪任务分解成跟踪、学习、检测3个部分。跟踪模块在LK光流法的基础上添加跟踪失败自检测, 筛选出好的跟踪点, 跟踪加油锥套; 检测模块构建级联分类器, 对滑动窗遍历得到的图像块进行分类并返回含有目标的图像块, 融合跟踪模块的跟踪框, 给出最终跟踪结果; 学习模块引入P-N约束修正错误样本并学习更新检测模块。利用Creator/Vega Prime软件对空中加油进行视景仿真, 在视景仿真视频上测试锥套跟踪算法。结果表明: TLD算法跟踪加油锥套成功率达95.5%, 处理每帧平均耗时31.4 ms, 能够满足加油锥套跟踪鲁棒性、准确率、实时性的要求。
自主空中加油 锥套跟踪 TLD算法 视景仿真 autonomous aerial refueling drogue tracking TLD algorithm scene simulation
