一种基于功率谱的卷云红外图像仿真方法技术

本发明专利技术属于环境仿真领域，具体涉及一种基于功率谱的卷云红外图像仿真方法。目的是使生成的卷云红外图像更加真实，具备方向特征。该方法包括如下步骤：选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性；构造符合卷云特点的功率谱模型；构建卷云红外仿真图像的频谱函数；建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成卷云红外仿真图像；对图像作直方图规划，修正卷云红外仿真图像，使输出的卷云红外仿真图像更加符合实际。给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式卷云红外仿真图像。本方法使生成的图像具备方向分布特点，并与真实卷云图像有相似的频域和空域特征。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于环境仿真领域，具体涉及。目的是使生成的卷云红外图像更加真实，具备方向特征。该方法包括如下步骤：选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性；构造符合卷云特点的功率谱模型；构建卷云红外仿真图像的频谱函数；建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成卷云红外仿真图像；对图像作直方图规划，修正卷云红外仿真图像，使输出的卷云红外仿真图像更加符合实际。给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式卷云红外仿真图像。本方法使生成的图像具备方向分布特点，并与真实卷云图像有相似的频域和空域特征。【专利说明】
本专利技术属于环境仿真领域，具体涉及。
技术介绍
在多种自然背景中，云是经常出现的背景之一。云有很多类型，如卷云、积云、层云等等，每个类型表现出不同的图像特征。本专利提出了一种针对卷云建立红外仿真图像方法，为探测器识别卷云背景提供图像信号输入。国内、外对图像仿真工作已经进行了多年，采用方法和应用领域都多种多样，这里无法一一列举，值得关注的是，近年来随着数字化图像技术发展和实际应用需求，出现了这样一类问题，就是生成的图像不要求是图形复现，虽然这样在视觉上与真实图像存在一定差异，但具有和真实图像共同的信号特征。由于无论图像以何种灰度形式出现，红外探测器对图像判读是基于图像特征实现的，这种具备背景特征的仿真图像符合红外探测器背景识别对信号特征要求，很有应用价值。现有方法中利用功率谱函数构造云背景图像，该函数模型不包括和方向有关的参数因子，因而得到的云背景红外图像为各向同性，不符合实际卷云图像具有的方向特征。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，使生成的卷云红外图像具备方向特征。本专利技术所采用的技术方案是:，包括如下步骤:`步骤S1:选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性；步骤S2:构造符合卷云特点的功率谱模型；步骤S3:构建卷云红外仿真图像的频谱函数；步骤S4:建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成卷云红外仿真图像；步骤S5:对图像作直方图规划，修正卷云红外仿真图像，使输出的卷云红外仿真图像更加符合实际。步骤S6:给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式卷云红外仿真图像。如上所述的，其中:步骤SI中，选择的功率谱函数如下: KIu cos θ-tv sin θ\ιΑ — ____二凑 II \,1.kJ \ w t '.....................................^^--Jim...............................................................................—————................................................f(I/B2 -h-u2 +v2)a/IJtt2+V2其中，PS(u，v)是一个二维功率谱，u、v是频谱域的直角坐标，K、KK是标准化常量，B是一个与自相关长度有关的常量；α是功率谱参数；Θ为方向性因子。如上所述的，其中:步骤S2中，截取功率谱模型主峰及其周围的小块区域来逼近卷云功率谱，其它部分由零均值的正态随机变量再乘以一个系数M来填充，以期构建不同形态卷云。如上所述的，其中:步骤S3中，利用相位信息构建图像的频谱函数，相位信息为0-2 π之间的随机值；频谱函数为F(U，V) =PS(U，V) Xex pP(H(u, v)),其中 PH (u, v)是图像的相位信息。如上所述的，其中:步骤S4中，根据像元大小计算图像的频谱矩阵，再对矩阵进行离散傅立叶逆变换，得到空间域的灰度矩阵。如上所述的，其中:步骤S5中，采用图像灰度分布直方图规划的方法对卷云图像做修正。如上所述的，其中:Θ取值范围为0°?90。； α取值范围为0.05?0.1 ；ΚΚ取值范围为0.01?0.1。如上所述的，其中:步骤S2中，系数M取值范围在1/1000?1/10000之间。本专利技术的有益效果是:本专利技术提出了一种构建卷云红外图像方法，使生成的图像具备方向分布特点，并与真实卷云图像有相似的频域和空域特征。结果可以直接用于探测器识别，或作为场景仿真的背景图像输入。功率谱函数构建卷云红外图像的方法是将卷云视为各向均匀分布的，通过引进方向因子对功率谱函数进行修正，能够得到更接近实际卷云方向分布特点的卷云图像。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术提供的的流程图；图2为热像仪采集的12帧卷云图像；图3为仿真所得的4幅卷云图像；图4为加入方向性因子的功率谱模型的三维网格图；图5为原始功率谱模型的三维网格图；图6为卷云图像的功率谱；图7为卷云图像的直方图；图8为仿真结果。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术提供的进行介绍:如图1所示，，包括如下步骤:步骤S1:选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性；步骤S2:构造符合卷云特点的功率谱模型；步骤S3:构建卷云红外仿真图像(以下简称图像)的频谱函数；步骤S4:建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成图像；步骤S5:对图像作直方图规划，修正图像，使输出的图像更加符合实际；步骤S6:给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式图像。为获得更好的效果，以上各步骤可优选如下:步骤SI中，选择的功率谱函数如下:【权利要求】1.，包括如下步骤: 步骤S1:选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性； 步骤S2:构造符合卷云特点的功率谱模型； 步骤S3:构建卷云红外仿真图像的频谱函数； 步骤S4:建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成卷云红外仿真图像； 步骤S5:对图像作直方图规划，修正卷云红外仿真图像，使输出的卷云红外仿真图像更加符合实际。 步骤S6:给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式卷云红外仿真图像。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤SI中，选择的功率谱函数如下:、K|Mcos# + vsm^|(U,V) = (IIB2+U2+V2Ti2* ^Vw2+V2 ^ 其中，PS (u，V)是一个二维功率谱，U、V是频谱域的直角坐标，K、KK是标准化常量，B是一个与自相关长度有关的常量；α是功率谱参数；Θ为方向性因子。3.根据权利要求2所述的，其特征在于:步骤S2中，截取功率谱模型主峰及其周围的小块区域来逼近卷云功率谱，其它部分由零均值的正态随机变量再乘以一`个系数M来填充，以期构建不同形态卷云。4.根据权利要求3所述的，其特征在于:步骤S3中,利用相位信息构建图像的频谱函数,相位信息为0-2 π之间的随机值；频谱函数为F(U，V) =PS(U，V) Xex pP(H(u, v)),其中 PH (u, v)是图像的相位信息。5.根据权利要求4所述的，其特征在于:步骤S4中，根据像元大小计算图像的频谱矩阵，再对矩阵进行离散傅立叶逆变换，得到空间域的灰度矩阵。6.根据权利要求5所述的，其特征在于:步骤S5中，采用图像灰度分布直方图规划的方法对卷云图像做修正。7.根据权利要求2、3或6所述的，其特征在于:Θ取值范围为0°~90° ;α取值范围为0.05~0.1 ;ΚΚ取值范围为0.01~0.1。8.根据权利要求7所述的，其特征在于:步骤S2中，系数M取值范围在1/1000~1/1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率谱的卷云红外图像仿真方法，包括如下步骤：步骤S1：选择初始功率谱函数，利用方向性因子来描述功率谱的方向性；步骤S2：构造符合卷云特点的功率谱模型；步骤S3：构建卷云红外仿真图像的频谱函数；步骤S4：建立空间域的图像灰度矩阵，初步形成卷云红外仿真图像；步骤S5：对图像作直方图规划，修正卷云红外仿真图像，使输出的卷云红外仿真图像更加符合实际。步骤S6：给出功率谱模型里面参数的数值，构建不同形式卷云红外仿真图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，刘兴润，李霞，董雁冰，王俊，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11