【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外偏振仿真，具体涉及一种实时红外偏振图像仿真方法。
技术介绍
1、红外偏振成像技术在红外成像的基础上融合了多维的偏振信息，不仅能够收集到目标红外辐射强度，还能通过反映的偏振信息进行公式计算推导得到目标物体表面的粗糙度、折射率、纹理、几何形状等特征。目前红外偏振成像技术已经广泛应用于复杂背景伪装目标探测、海面杂波干扰背景下海上目标监视等领域。
2、在研制红外偏振探测系统时，目标特征、时间、背景分布等因素有其一发生变化时，红外偏振图像也会有所差异。因此，难以仅凭理论分析和经验模型完成系统的设计。红外偏振仿真技术可产生大量图像数据以便对偏振探测系统进行训练提升平台性能，是加速红外偏振成像实际应用的重要辅助手段。
3、目前，为了计算仿真场景中在传感器处产生的偏振度分布，谭畅等人针对红外海面场景，在设计全链路辐射传输模型的过程中基于微平面理论，结合广泛应用于计算机成像仿真的cook-torrance双向反射分布函数模型改进了传统的priest-germer双向反射分布模型。改进的方法是通过将入射方向与出射方向的中间向量看作微面元平均取向，避免了阴影遮挡函数和统计分布函数中的复杂指数运算。杨敏等人提供了一种目标可见光偏振特性建模仿真方法和装置。第一步，将仿真目标的几何模型划分为若干个面元，第二步，基于时间、目标位置和传感器位置逐一计算每个面元对应的入射角、观测角和方位角；第三步，根据第二步每个面元的计算结果，利用大气辐射传输模型计算天空漫射光照射至目标表面的下行斯托克斯参量。第四步，将上一步所得的下行
4、上述红外偏振仿真的技术方案中，存在以下问题：(1)只针对特定生成的静态场景进行计算，局限性较大；(2)利用光线追迹法计算的过程中，每一次在表面反射计算都进行了大量的重复运算，计算效率不高，无法满足实时性。另外，由于目前红外偏振仿真技术的计算模型相比非偏振运算量成倍增长，如何保证仿真实时性是一个难点。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种实时红外偏振图像仿真方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种实时红外偏振图像仿真方法，包括：
3、步骤1：建立红外偏振辐射链路传输模型，根据所述红外偏振辐射链路传输模型编写着色器脚本；
4、步骤2：基于不同的场景信息对利用所述红外偏振辐射链路传输模型进行辐射计算的中间值进行预计算，得到预计算表格；
5、步骤3：将所述着色器脚本、所述预计算表格和仿真场景信息导入ogre渲染引擎，所述ogre渲染引擎进行逐像素点的辐射计算，实现红外偏振图像的实时仿真；
6、其中，在所述ogre渲染引擎进行逐像素点的辐射计算时，利用所述预计算表格进行查表加速辐射计算过程。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，表示为：
8、lrev＝lbb·εsurf+esurf·f；
9、式中，lrev为红外偏振传感器表面像面接收的辐射亮度，lbb为在温度条件下的物体黑体辐亮度，εsurf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，esurf为物体表面接收的辐射照度，f为物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。
12、在本专利技术的一个实施例中，所述步骤2包括：
13、步骤2.1：根据不同的场景信息确定预计算的温度上下限，根据仿真精度确定温度间隔，根据所述温度上下限和所述温度间隔计算不同温度对应的物体黑体辐亮度，得到所述随温度变化的物体黑体辐亮度表；
14、步骤2.2：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的入射角度上下限，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，得到所述不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表；
15、步骤2.3：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的反射天顶角度上下限，根据所述反射天顶角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，得到所述不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。
16、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤2.1中，所述不同温度对应的物体黑体辐亮度按照下式计算得到：
17、
18、式中，lbb为在温度条件下的物体黑体辐亮度，λ为波长，t为温度，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，λ1和λ2为仿真成像需求对应的红外波段的波长上下限。
19、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤2.2中，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，包括：
20、根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射系数rs和rp，根据所述菲涅尔反射系数rs和rp计算得到对应的矩阵mfresnel，将所述矩阵mfresnel进行存储作为不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，其中，所述矩阵mfresnel为计算菲涅尔反射穆勒矩阵的中间值，表示为：
21、
22、式中，β表示对于微面入射角，n'表示物体表面材质复折射率，a＝(|rs|2+|rp|2)/2，b＝(|rs|2-|rp|2)/2，*表示复共轭，i表示虚数单位。
23、在本专利技术的一个实施例中，在所述步骤2.3中，所述不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量按照下式计算得到：
24、
25、式中，εsurf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，f00、f10、f20和f30分别是物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵中的第一列元素，θi为入射天顶角，θr为反射天顶角，φi为入射方位角，φr为反射方位角。
26、在本专利技术的一个实施例中，所述步骤3包括：
27本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，表示为：
3.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。
4.根据权利要求3所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。
5.根据权利要求4所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述步骤2包括：
6.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.1中，所述不同温度对应的物体黑体辐亮度按照下式计算得到：
7.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.2中，根据所述入射角度上下限以及设置的角度
8.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.3中，所述不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量按照下式计算得到：
9.根据权利要求4所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述步骤3包括：
10.根据权利要求9所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤3.4中，调用所述着色器脚本进行逐像素点的辐射计算时，辐射计算的中间值通过直接查找所述预计算表格得到或通过查找所述预计算表格进行插值得到；
...【技术特征摘要】
1.一种实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，表示为：
3.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。
4.根据权利要求3所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。
5.根据权利要求4所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述步骤2包括：
6.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓蕊，张仕攀，袁影，张超，刘鑫，郭金坤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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