一种红外成像系统效应仿真方法技术方案

本发明专利技术提供一种红外成像系统效应仿真方法，基于VS平台作为实现红外成像的仿真平台，包括以下步骤：依次建立光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型、显示器MTF模型，原始仿真红外图像通过傅立叶变换生成频谱图，对频谱图采用光学系统MTF模型或上述模型叠加后的模型进行处理，对处理后的频谱图经过逆傅立叶变变换获得最终的红外图像；其中所述叠加后的模型包括：光学系统MTF模型与探测器MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型与信号处理电路MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型与显示器MTF模型相乘。

【技术实现步骤摘要】
一种红外成像系统效应仿真方法
本专利技术涉及一种红外成像仿真技术，特别是一种红外成像系统效应仿真方法。
技术介绍
在全数字红外成像仿真中，红外成像系统不直接参与仿真试验，但红外成像系统对信号的衰减作用不能忽视，因此模拟红外传感器对红外成像仿真的影响十分重要。目前红外成像系统效应的模拟方法主要包括调制传递函数法、光线追迹法、点扩散函数法和基于图像像素处理法。其中调制传递函数法具有开放、灵活、独立的特点，因此利用该方法模拟的红外成像系统效应能够较准确的描述真实系统的成像特性。现有的红外仿真方法生成的图像不能对红外传感器的性能起到很好的评估作用。现有的红外成像技术常采用Matlab平台进行仿真，但是该平台多用于理论研究，不能很好的反应出红红外传感器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种红外成像系统效应仿真方法，该方法以MTF为理论依据，基于VS2012开发全数字红外成像系统效应仿真平台，分别计算了光学系统、探测器、信号处理电路和显示器的MTF，可以有效的反应出红外传感器的成像性能。一种红外成像系统效应仿真方法，包括以下步骤：依次建立光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型、显示器MTF模型，原始仿真红外图像通过傅立叶变换生成频谱图，对频谱图采用光学系统MTF模型或上述模型叠加后的模型进行处理，对处理后的频谱图经过逆傅立叶变变换获得最终的红外图像；其中所述叠加后的模型包括光学系统MTF模型与探测器MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型与信号处理电路MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型与显示器MTF模型相乘。采用上述方法，所述光学系统MTF模型由衍射限下的MTF模型和非衍射下的的MTF模型组成，具体组成过程如下：步骤S101，建立衍射限下的MTF模型其中，为非相干光学系统的空间截止频率，D0为光学系统的有效孔径，λ为非相干光波长，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量；步骤S102，建立非衍射下的的MTF模型MTFo2(vx)＝exp(-2π2σ2vx2)MTFo2(vy)＝exp(-2π2σ2vy2)其中，为标准方差，f为系统焦距，σr为标准偏差，其与弥散圆内所占能量的百分比有关；步骤S103，建立光学系统MTF模型MTFopt＝MTFo1·MTFo2。采用上述方法，所述探测器MTF模型由空间滤波的MTF模型和时间滤波的MTF模型组成，具体组成过程如下：步骤S201，建立空间滤波的MTF模型MTFds(vx)＝sinc(παvx)MTFds(vy)＝sinc(παvy)其中，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量，α、β分别为探测器水平方向和垂直方向的张角；步骤S202，建立时间滤波的MTF模型其中，时间滤波的MTF模型只作用于水平方向，是vt0对应的空间频率域3dB频率，τ为载流子寿命，ω为扫描角速度；步骤S203，建立探测器MTF模型MTFdet＝MTFds·MTFdt。采用上述方法，所述信号处理电路MTF模型为其中，是vt0对应的空间频率域3dB频率，R为滤波器电阻，C为滤波器电容ω为扫描角速度。采用上述方法，所述采用LCD显示器的显示器MTF模型为MTFdis(vx)＝sinc(πxvx)MTFdis(vy)＝sinc(πxvy)其中，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量，x、y为归一化空间内的张角。本专利技术基于VS2012开发全数字红外成像系统效应仿真平台，考虑红外传感器较多的性能参数，通过以MTF为理论依据分别建立了光学系统、探测器、信号处理电路和显示器的MTF，通过MTF间的相乘叠加作为整体的调制传递函数对傅立叶变换后的红外图像进行处理，可以分别得到叠加红外光学系统效应的红外图像、叠加红外探测器效应的红外图像、叠加信号处理电路效应的红外图像、叠加显示器效应的红外图像，同时还可以有效的反应出红外传感器的成像性能。下面结合说明书附图对本专利技术做进一步描述。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为仿真生成的原始红外图像示意图。图3为叠加红外光学系统效应的红外图像示意图。图4为叠加红外探测器效应的红外图像示意图。图5为叠加信号处理电路效应的红外图像示意图。图6为叠加显示器效应的红外图像示意图。图7为MFC程序UI界面示意图。具体实施方式结合图1，一种红外成像系统效应仿真方法，基于VS2012MFC框架开发全数字成像效应仿真平台，包括以下步骤：步骤1，依次建立光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型、显示器MTF模型；步骤2，原始仿真红外图像通过傅立叶变换生成频谱图；步骤3，对频谱图采用光学系统MTF模型或上述模型叠加后的模型进行处理；步骤4，对处理后的频谱图经过逆傅立叶变变换获得最终的红外图像；其中所述叠加后的模型包括光学系统MTF模型与探测器MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型与信号处理电路MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型与显示器MTF模型相乘。(1)所述光学系统MTF模型由衍射限下的MTF模型和非衍射下的的MTF模型组成，具体组成过程如下：步骤S101，衍射限光学系统的MTF取决于波长及孔径的形状，本专利技术针对圆形孔径计算其在衍射限下的MTF其中，为非相干光学系统的空间截止频率，D0为光学系统的有效孔径(mm)，λ为非相干光波长(μm)，可取平均工作波长(λ1+λ2)/2，[λ1,λ2]为工作波长范围，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量。步骤S102，非衍射限光学系统中，由像差引起的弥散圆的能量分布为高斯分布，具有圆对称形式，以此为依据建立非衍射下的MTFMTFo2(vx)＝exp(-2π2σ2vx2)(3)MTFo2(vy)＝exp(-2π2σ2vy2)(4)其中，为标准方差，f为系统焦距。σr为标准偏差，其与弥散圆内所占能量的百分比有关，假定所有的能量集中在弥散斑内，那么σr就等于弥散圆直径d的四分之一；λ0是光学系统的衍射波长，单位为(um)。步骤S103，按照线性系统理论，上述两种因素线性无关，建立光学系统MTF模型。MTFopt＝MTFo1·MTFo2(5)(2)所述探测器MTF模型由空间滤波的MTF模型和时间滤波的MTF模型组成。从线性滤波的角度分析，计算探测器的空间滤波和时间滤波MTF，具体组成过程如下：步骤S201，对于探测器系统MTF，在不影响真实性的前提下，用同一个公式来近似表示探测器空间滤波的MTF模型MTFds(vx)＝sinc(παvx)(6)MTFds(vy)＝sinc(παvy)(7)其中，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量，α、β分别为探测器水平方向和垂直方向的张角，单位为(mrad)；步骤S202，建立时间滤波的MTF模型其中，时间滤波的MTF模型只作用于水平方向，是vt0对应的空间频率域3dB频率，τ为载流子寿命，ω为扫描角速度，单位为(mrad/s)；步骤S203，探测器总的MTF为空间滤波和时间滤波所对应MTF的乘积.MTFdet(x)＝MTFds(vx)·MTFdt(9)MTFdet(y)＝MTFds(vy)(10)(3)对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外成像系统效应仿真方法，其特征在于，基于VS平台作为实现红外成像的仿真平台，包括以下步骤：依次建立光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型、显示器MTF模型，原始仿真红外图像通过傅立叶变换生成频谱图，对频谱图采用光学系统MTF模型或上述模型叠加后的模型进行处理，对处理后的频谱图经过逆傅立叶变变换获得最终的红外图像；其中所述叠加后的模型包括光学系统MTF模型与探测器MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型与信号处理电路MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型与显示器MTF模型相乘。

【技术特征摘要】
1.一种红外成像系统效应仿真方法，其特征在于，基于VS平台作为实现红外成像的仿真平台，包括以下步骤：依次建立光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型、显示器MTF模型，原始仿真红外图像通过傅立叶变换生成频谱图，对频谱图采用光学系统MTF模型或上述模型叠加后的模型进行处理，对处理后的频谱图经过逆傅立叶变变换获得最终的红外图像；其中所述叠加后的模型包括光学系统MTF模型与探测器MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型与信号处理电路MTF模型相乘，光学系统MTF模型、探测器MTF模型、信号处理电路MTF模型与显示器MTF模型相乘。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学系统MTF模型由衍射限下的MTF模型和非衍射下的的MTF模型组成，具体组成过程如下：步骤S101，建立衍射限下的MTF模型其中，为非相干光学系统的空间截止频率，D0为光学系统的有效孔径，λ为非相干光波长，vx,vy分别为空间频谱在水平和垂直方向的频率分量；步骤S102，建立非衍射下的的MTF模型MTFo2(vx)＝exp(-2π2σ2vx2)MTFo2(vy)＝exp(-2π2σ2vy2)其中，为标准方...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱芸生，张瑜，范梦萍，徐华，吴宇婧，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32