针对视觉同步定位与建图(SLAM)算法前端漂移误差累积问题, 提出基于光学成像模拟的视觉里程计方法。该方法利用稠密三维点云数据进行目标表面泊松重建及材质物理特性关联, 依据光学物理特性和光线追踪原理构建基于物理模型的成像渲染引擎(PBRT), 生成不同观测条件下的目标特性仿真图像; 将目标特性仿真图像与光学相机拍摄图像进行配准与运动偏差恢复, 并设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)输出位姿状态最优估计值。通过原型系统研制与实验评估表明: 该方法有效克服了传统方法漂移误差累积的问题, 相较传统ORB-SLAM2算法前端定位精度提升了56%, 为视觉里程计的设计提供了一种新的技术思路。

受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 ^-10~7×10 ^-4 W/cm ²,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。

在采用红外辐射计开展大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准时,需要采用像斑未充满探测器的测量模式。然而,现有研究未考虑该测量模式下标定和测量成像不一致对测量结果的不利影响,导致大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准引入较大测量误差。针对上述问题,首先理论研究不同成像状态下探测面响应非均匀性问题对响应电压的影响。在此基础上,为降低成像不一致引入的测量误差,提出基于标定和测量成像一致性的辐射校准方法。最后,开展不同成像状态下红外辐射计标定实验和某型号红外成像模拟器辐射测量实验。实验结果表明,标定与测量成像状态不一致会引入较大测量误差。而基于本文方法可以有效避免被测源视场光阑变化时因成像状态不一致问题引入的测量误差,保证了大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时辐射校准的有效性。

针对点目标扩展函数 (PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出 (MIMO)雷达成像中的散射机理问题, 研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波 MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法, 获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据, 并通过近场 MIMO成像处理器实现近场 MIMO成像的全过程模拟。利用 D波段“ T”字型二维稀疏 MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验, 仿真和实验结果表明, 模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场 MIMO成像系统的成像性能, 为近场 MIMO成像的阵型设计提供支撑, 揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。

亚表面缺陷的检测和去除对于提高光学元件的激光损伤阈值至关重要。结合全内反射显微技术和数字图像处理技术获得光学元件亚表面缺陷信息的新方法，利用显微镜系统的有限焦深，对亚表面缺陷沿深度方向扫描，可以获得不同离焦量下的散射图像，通过数字图像处理技术，建立缺陷散射图像清晰度评价值与离焦量的关系，通过清晰度曲线得到亚表面缺陷的深度位置及深度尺寸。模拟全内反射显微平台的成像过程，讨论微调焦过程中全内反射显微成像的特点。缺陷深度位置及深度尺寸的测量精度主要由载物台精密调焦机构的精度以及显微镜的焦深决定，一般可达微米量级。利用飞秒激光加工技术制备尺寸和位置已知的微结构，使用该方法准确获得了微结构信息，验证了该方法的有效性。

针对高能强流电子束轰击高Z靶产生的X射线的能谱测量问题，采用蒙特卡罗方法进行成像模拟研究。高能X射线能谱通常由对X射线经过衰减体的直穿透射率曲线进行解谱获得。设计了带多准直孔的截锥体模型，在单次模拟成像中获得完整的衰减透射率曲线，有效避免了散射光子对透射率曲线以及X射线能谱重建的影响。成像面采用非均匀划分网格计数，将大部分探测计数点集中于各准直孔出口处，保证关注区域模拟成像的精细度，同时减少总体计算时间。

海浪极化SAR成像模拟对海面散射的研究有重要的意义。 基于海浪谱理论, 在考虑大、 小尺度海浪影响的基础上, 构建了双尺度的随机粗糙海面。 根据该海面模型, 利用Bragg散射模型, 小扰动模型与速度聚束理论, 模拟了不同状况下海浪的极化SAR图像。 并针对海浪参数对极化图像的影响进行了分析, 结果符合成像统计特性, 得出了一些有益于海浪信息提取的结论, 并可以为海洋卫星的设计与海洋研究提供一种行之有效的手段。

针对星载可见光相机成像模拟在逼真度和灵活性方面的综合仿真应用需求，研究并提出了一种以三维场景为基础，以光线追踪技术为主要渲染核心，综合考虑卫星轨道和姿态、光照条件、物体光谱特性和周边环境、大气传输、遥感器成像性能等影响因素的全光路成像模拟技术的仿真模型.文中首先从完备性及可扩展性的角度尝试建立了成像仿真系统的综合模型框架，对整个成像链中的各个重要环节进行分层及模块化，并结合目前现有三维技术、光线追踪技术、传感器仿真技术的特点设计各模块之间的调用及接口关系，使其能在较好利用现有计算模型的同时能够对新的算法模型实现有效兼容.随后讨论了模型目前使用的镜头前辐亮度计算模块、光线路径计算模块和传感器效果仿真模块，并针对简单空间探测场景用C++编程语言实现了系统框架和关键模型，生成模拟图像，结果证明该模型在深空光照及大气效果方面有较好的表现，具备较高的仿真度和良好的适应性、扩展性，能够有效支撑卫星光学成像系统的指标论证、算法评估以及效能预估等应用.

为了建立完整的星载高分辨率中红外成像模拟系统,并为航天器载荷设计等相关工作提供有力参考,需要对大气辐射传输这一环节进行重点考虑,设计出切实可行,精度较高的大气辐射传输数值成像模拟方法。针对中红外大气辐射传输具有大气散射和自身发射的特性,将整个大气辐射传输过程进行了合理分解,并利用MODTRAN4对各辐射分量进行求解, 以查找表方式实现了大气辐射传输成像模拟。此外,针对大气散射导致的邻近效应进行了分析,将原有PSF模型扩展至中红外波段,并与大气辐射传输解析模型相互耦合共同完成模拟成像。最后对模型进行了初步验证和成像模拟,结果表明:模型具有较好的模拟精度,通过给定观测几何和大气条件,并根据地表输入的温度和发射率等,实现逐像元的大气辐射传输计算。

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.