光電模擬仿真技術(shù)概述

光電系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)概述白廷柱

2007年2月信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

光電工程系1.引言仿真技術(shù)是利用實(shí)際的物理裝置結(jié)合實(shí)際的或模擬的環(huán)境和條件，或用數(shù)學(xué)模型結(jié)合模擬的環(huán)境和條件再現(xiàn)某些物理現(xiàn)象或物理過(guò)程的技術(shù)。利用這種技術(shù)可以在實(shí)驗(yàn)室分析評(píng)價(jià)處于研制階段的裝置或系統(tǒng)，或者研究、分析某些物理現(xiàn)象或物理過(guò)程的成因、影響因素以及改善和提高這種物理現(xiàn)象或物理過(guò)程的有效方法和技術(shù)途徑，力求在實(shí)際系統(tǒng)建成之前取得盡可能接近于理想的結(jié)果。采用仿真技術(shù)不但可以使我們?cè)诟黜?xiàng)科學(xué)研究工作中節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，縮短系統(tǒng)的研制周期，還可以最大限度地提高所研制的裝置和系統(tǒng)的性能。

2007-22北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000811.引言當(dāng)所研究的系統(tǒng)造價(jià)昂貴、實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性大或需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的后果時(shí)，仿真是一種特別有效的研究手段。據(jù)國(guó)外資料的不完全統(tǒng)計(jì),采用仿真技術(shù)可以使導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)的次數(shù)減少30%～60%,研制經(jīng)費(fèi)節(jié)省10%～40%,研制周期縮短30%～40%。在航空工業(yè)方面，采用仿真技術(shù)使大型客機(jī)的設(shè)計(jì)和研制周期縮短20%。采用仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)彈試驗(yàn)可使實(shí)彈試驗(yàn)的次數(shù)減少80%，可見，對(duì)仿真技術(shù)的研究將對(duì)于各行各業(yè)的發(fā)展具有非常深遠(yuǎn)的意義。2007-23北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000811.引言軍事需要?dú)v來(lái)都是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要推動(dòng)力，仿真技術(shù)也是如此。在現(xiàn)代軍用光電系統(tǒng)的研制中，模擬仿真技術(shù)是一項(xiàng)必不可缺的重要手段。一些技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)70年代就在軍用光電系統(tǒng)的研制中廣泛采用模擬仿真技術(shù)，取得了令人矚目的成就，使他們的軍用光電系統(tǒng)整體性能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在世界的前列。在現(xiàn)代軍用光電成像系統(tǒng)的研制工作中，模擬仿真技術(shù)已是一項(xiàng)研究、分析、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)光電成像系統(tǒng)的必不可缺的重要工具。我國(guó)在光電系統(tǒng)模擬仿真方面的研究工作已經(jīng)起步，尤其是在航天、航空部門已先后取得了較大發(fā)展，但作為光電成像系統(tǒng)的模擬仿真研究工作整體上可以說(shuō)還是剛剛開始。2007-24北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000811.引言用于軍事應(yīng)用領(lǐng)域的光電成像系統(tǒng)主要包括微光夜視成像系統(tǒng)和紅外熱成像系統(tǒng)。其中對(duì)于微光夜視系統(tǒng)的視景仿真和視距估算多是采用數(shù)字仿真的方法，利用視景仿真軟件和視距公式建立模型并進(jìn)行軟件編程從而達(dá)到觀察效果的三維仿真。而對(duì)于紅外成像系統(tǒng)，采用半物理閉環(huán)仿真方法,在實(shí)驗(yàn)室建立目標(biāo)模擬器，可實(shí)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)逼真的交戰(zhàn)時(shí)所觀察到的紅外場(chǎng)景，為具有紅外探測(cè)能力武器系統(tǒng)在研制、集成、測(cè)試、系統(tǒng)性能有效評(píng)價(jià)、武器系統(tǒng)的開發(fā)等方面提供精確可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)途徑。2007-25北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000812.光電系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)的分類仿真技術(shù)從50年代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展的過(guò)程，逐漸形成了一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科，它涉及到系統(tǒng)分析、控制理論、計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。仿真技術(shù)按所用模型的類型不同分為計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真和物理模擬仿真。計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真是指在建立數(shù)學(xué)模型后直接在計(jì)算機(jī)上重現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。物理仿真指利用實(shí)物提供模擬實(shí)際工作狀態(tài)來(lái)評(píng)估和演示裝置或系統(tǒng)的技術(shù)性能，它包括實(shí)物仿真和半實(shí)物仿真。實(shí)物仿真所采用的模型和原型相近，其仿真條件和環(huán)境也與實(shí)際條件和環(huán)境類似。半實(shí)物仿真采用部分實(shí)物模型，其它如環(huán)境或條件等則利用數(shù)學(xué)模型代替。2007-26北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000812.光電系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)的分類光電成像過(guò)程的主要模擬仿真內(nèi)容：場(chǎng)景模擬：由目標(biāo)和背景的物理模型生成場(chǎng)景的紅外輻射分布，即零視距分布圖；大氣作用效果模擬：按照目標(biāo)與視點(diǎn)間的大氣條件，計(jì)算目標(biāo)紅外輻射分布經(jīng)過(guò)大氣到達(dá)視點(diǎn)過(guò)程中的衰減，即大氣衰減；探測(cè)器作用效果模擬：模擬紅外探測(cè)器的特性，得到探測(cè)器輸出的紅外輻射，在輻射定標(biāo)的基礎(chǔ)上，將輻射量轉(zhuǎn)換為灰度，生成紅外圖像。2007-27北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真其他相關(guān)模型及計(jì)算軟件噪聲模型及仿真軟件仿真結(jié)果顯示輸出模擬噪聲輸出圖像輸出圖像輸出分析結(jié)果輸出相關(guān)數(shù)據(jù)物理模擬仿真系統(tǒng)圖像信息處理與分析實(shí)際成像系統(tǒng)目標(biāo)及背景模擬防止器物理（半實(shí)物）仿真工作框圖2007-28北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真從上個(gè)世紀(jì)70年代起，以美、英、法和以色列為代表的世界各軍事大國(guó)在軍用光電產(chǎn)品的研制過(guò)程中，特別重視系統(tǒng)的仿真研究，將系統(tǒng)仿真作為系統(tǒng)研制和生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，甚至要求武器系統(tǒng)仿真與武器系統(tǒng)研制平行發(fā)展。美國(guó)將仿真技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)與訓(xùn)練最早出現(xiàn)于1929年，從此為美國(guó)一代代新型武器的研制成功起到了決定性的作用。尤其在光電成像系統(tǒng)的模擬仿真方面，美國(guó)投入大量的人力物力，并組織龐大的研究團(tuán)體服務(wù)于相關(guān)技術(shù)研究。2007-29北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真美國(guó)有三大仿真實(shí)驗(yàn)中心：美國(guó)軍用導(dǎo)彈指揮先進(jìn)仿真中心ASC、海軍空戰(zhàn)中心仿真實(shí)驗(yàn)室Eglin、空軍基地測(cè)試研究中心AFB。這三大仿真實(shí)驗(yàn)室規(guī)模龐大，設(shè)備精良，又各具特色，適用于不同的武器系統(tǒng)。其中美國(guó)的導(dǎo)彈指揮實(shí)驗(yàn)仿真中心有6個(gè)仿真子單元，包括雷達(dá)頻率仿真、毫米波仿真(MMW)、MMW/IR雙模式毫米波/紅外成像仿真、光電仿真、武器系統(tǒng)仿真。海軍空戰(zhàn)中心仿真實(shí)驗(yàn)室HWIL閉環(huán)仿真系統(tǒng)包括2個(gè)雷達(dá)射頻(RF)仿真暗室、2個(gè)紅外(IR)仿真系統(tǒng)、1個(gè)雙模式(RF和IR)仿真暗室。Eglin空軍基地測(cè)試中心Wright仿真實(shí)驗(yàn)室，仿真波段覆蓋制導(dǎo)系統(tǒng)的全部波段，包括RF模擬器(RFTS)、毫米波模擬器、紅外光電(IR/E0)模擬器(KHILS)、激光模擬器、GPS模擬器、慣性/中段模擬器。2007-210北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真其中KILS系統(tǒng)有用于不同目的的3個(gè)紅外成像投影系統(tǒng)、三軸飛行轉(zhuǎn)臺(tái)和1個(gè)低溫紅外仿真室。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行雷達(dá)頻率2～18GHz、MMW35GHz、94GHz仿真和前視紅外(FLIR)、成像紅外(IIR)和紅外搜索跟蹤(IRST)、導(dǎo)彈告警等IR/EO系統(tǒng)工作波段的實(shí)時(shí)場(chǎng)景仿真。這幾個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)室的光電仿真系統(tǒng)都采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖像生成技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高幀頻、高逼真、高分辨率電阻面陣成像目標(biāo)發(fā)生器。2007-211北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真半實(shí)物的紅外仿真系統(tǒng)主要由仿真計(jì)算機(jī)、圖形發(fā)生計(jì)算機(jī)、紅外目標(biāo)仿真器、紅外場(chǎng)景投影光學(xué)系統(tǒng)、伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和載機(jī)模擬運(yùn)動(dòng)飛行轉(zhuǎn)臺(tái)組成。其中光電仿真系統(tǒng)可通過(guò)兩種途徑傳遞場(chǎng)景信息：一是采用光學(xué)投影模式；二是信號(hào)直接注入。信號(hào)注入模式是通過(guò)界面不經(jīng)過(guò)光學(xué)投影系統(tǒng)將場(chǎng)景信息直接送入光電傳感器的電子組件,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真測(cè)試。2007-212北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真

紅外場(chǎng)景生成計(jì)算機(jī)(CIG)：接受仿真計(jì)算機(jī)的指令，根據(jù)各種模型或數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)時(shí)產(chǎn)生實(shí)戰(zhàn)紅外場(chǎng)景圖像，并傳給紅外目標(biāo)再現(xiàn)發(fā)生器,經(jīng)轉(zhuǎn)換成為能被探測(cè)器接收的輻射圖像。詳細(xì)地仿真來(lái)自天空、太陽(yáng)光、目標(biāo)、地物和大氣的輻射分量。解決這一問(wèn)題需要若干技術(shù)的集成，包括實(shí)時(shí)IR現(xiàn)像學(xué)建模、IR建模及數(shù)據(jù)庫(kù)研制、實(shí)時(shí)場(chǎng)景再現(xiàn)和測(cè)試中的系統(tǒng)仿真。

2007-213北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真

目標(biāo)再現(xiàn)發(fā)生器：接受C1G的圖像信號(hào)，將CIG生成的圖像轉(zhuǎn)換為具有紅外輻射特征能被探測(cè)器接收的紅外圖像,被光學(xué)投影系統(tǒng)接收，并將其準(zhǔn)直成平行光投影到傳感器系統(tǒng)。它的技術(shù)要求主要是空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率。

二維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)：接受系統(tǒng)仿真計(jì)算機(jī)仿真指令，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)火控系統(tǒng)所攻擊目標(biāo)的機(jī)動(dòng)范圍。

三軸飛行模擬器：實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)的載機(jī)運(yùn)動(dòng)，完全再現(xiàn)載機(jī)空間各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。2007-214北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真國(guó)外幾種典型紅外仿真系統(tǒng)有：1.熱電阻面陣實(shí)時(shí)成像仿真系統(tǒng)W1SP；2.激光二極管面陣實(shí)時(shí)成像仿真系統(tǒng)；3.滑動(dòng)變焦式光電仿真系統(tǒng)；4.多目標(biāo)點(diǎn)源仿真系統(tǒng)；5.IR-CRT仿真系統(tǒng)；6.IR液晶光閥仿真系統(tǒng)。其中，后兩種是美國(guó)早期研制的紅外仿真投影系統(tǒng)，這類系統(tǒng)存在的嚴(yán)重缺點(diǎn)是圖像閃爍及幀速低,不能滿足武器系統(tǒng)的仿真需求。現(xiàn)在己成功使用的面陣式目標(biāo)源,其分辨率達(dá)到512×512，幀速達(dá)到100Hz以上,對(duì)模擬場(chǎng)景的空間、時(shí)間和光譜分辨率有嚴(yán)格要求,可滿足紅外制導(dǎo)、前視紅外瞄準(zhǔn)、紅外搜索跟蹤和紅外告警等系統(tǒng)仿真的需求。國(guó)內(nèi)的典型紅外仿真系統(tǒng)主要有：1.014中心點(diǎn)源跟蹤模擬仿真系統(tǒng)；2.航天二院的長(zhǎng)波紅外跟蹤模擬仿真系統(tǒng)等。2007-215北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真圖2美國(guó)陸軍高級(jí)仿真中心的紅外仿真系統(tǒng)2007-216北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000813.光電系統(tǒng)的半實(shí)物模擬仿真圖3長(zhǎng)波紅外成像仿真系統(tǒng)光學(xué)原理圖2007-217北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081圖1紅外目標(biāo)及干擾產(chǎn)生系統(tǒng)4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)紅外目標(biāo)發(fā)生器2007-218北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)紅外目標(biāo)發(fā)生器紅外成像目標(biāo)源是紅外仿真系統(tǒng)中耗資最高的部分，因此也是紅外仿真系統(tǒng)中最關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)外紅外成像目標(biāo)源發(fā)展迅速，美國(guó)休斯公司研制了許多目標(biāo)仿真器和專用測(cè)試設(shè)備。從很復(fù)雜的全彈飛行目標(biāo)仿真器到很簡(jiǎn)單的模擬點(diǎn)目標(biāo)或線目標(biāo)的平行光管都有產(chǎn)品問(wèn)世。此外，繼紅外液晶光閥、熱目標(biāo)發(fā)生器的研究之后,國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)投巨資研制了512×512熱電阻面陣目標(biāo)發(fā)生器。這種目標(biāo)發(fā)生器以幀速高、動(dòng)態(tài)性能好等顯著優(yōu)勢(shì)被幾大實(shí)驗(yàn)中心所采用。這種光電仿真系統(tǒng)使用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖像生成(CIG)技術(shù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高幀頻、高逼真、高分辨率512×512電阻面陣,輻射上升速度和下降速度達(dá)到2ms,動(dòng)態(tài)范圍可到850∶1，幀頻100Hz,輻射波段3～5μm、8～12μm。此外，1024×1024像素、500Hz，波段在2～26μm寬范圍內(nèi)的高分辨率高幀速紅外目標(biāo)發(fā)生器也正在研制中。2007-219北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081幾種典型的紅外目標(biāo)仿真器實(shí)現(xiàn)紅外目標(biāo)仿真的方法可分為熱輻射法和可見光—紅外圖像變換法兩大類：熱輻射法包括直接產(chǎn)生紅外輻射和通過(guò)溫度控制產(chǎn)生紅外輻射兩種；可見光～紅外圖像變換法是利用可見光～紅外圖像變換器將可見光進(jìn)行波長(zhǎng)變換，生成紅外圖像。

4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-220北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081（1）電阻元陣列電阻元陣列的基本原理很簡(jiǎn)單，電阻元通電后電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，溫度升高，?dǎo)致紅外輻射。電阻元陣列(如圖)由許多微小電阻元集成在不良導(dǎo)熱體基片上組成，陣列可單片設(shè)計(jì)，也可把多個(gè)陣列合成大陣列，以提高空間分辨力。電阻元之間通過(guò)基片內(nèi)部的集成電路網(wǎng)連接，集成電路可調(diào)節(jié)流過(guò)各電阻元的電流以控制其溫度，使電阻元根據(jù)需要產(chǎn)生一定強(qiáng)度的紅外輻射。這樣，整個(gè)陣列就構(gòu)成了二維的紅外輻射源，實(shí)現(xiàn)了紅外場(chǎng)景圖像的仿真。電阻元陣列仿真的紅外場(chǎng)景溫度范圍可調(diào)，且容易控制，可生成逼真的動(dòng)態(tài)紅外圖像。但其電路復(fù)雜，工藝要求高，技術(shù)難度大。類似產(chǎn)生紅外圖像熱輻射的方法還有：微熱燈絲陣列、發(fā)光二極管陣列、小型熱線圈陣列等。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-221北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081（2）二氧化釩(VO2)薄膜變換器二氧化釩是一種具有傳輸滯后特性(遲滯回線如左圖)的的材料，高于偏置溫度(約65℃)時(shí)，VO2薄膜顯金屬性；低于偏置溫度，VO2薄膜顯半導(dǎo)體特性且透光。如果用熱偏置方法使溫度保持在遲滯回線以內(nèi)，則可把VO2作為光學(xué)存貯介質(zhì)，控制存貯在材料中的熱能，當(dāng)激光束掃描薄膜表面時(shí)，由于薄膜吸收能量，在其表面就能獲得并存儲(chǔ)一幀高分辨力、高清晰度并且不會(huì)消失和減弱的熱圖像。二氧化釩薄膜變換器(如右圖)是在一個(gè)鍺襯底上，鍍有多層二氧化釩落薄膜，景物圖像寫在1英寸的圖像調(diào)制區(qū)。若要抹去這幀圖像，只需在瞬間使整個(gè)薄膜溫度降到60℃以下即可。目前，國(guó)外通常采用液體制冷流實(shí)現(xiàn)冷卻功能。為了實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)變化，必須不斷在薄膜上抹去一寫入圖像。為了防止抹去一再偏置周期產(chǎn)生圖像閃爍，可采用兩個(gè)獨(dú)立的顯示臂交替工作，并由片幀開關(guān)控制交替過(guò)程。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-222北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081（3）黑體薄膜變換器早期的黑體薄膜變換器(如左圖)包括一個(gè)真空腔，腔上帶一個(gè)透可見光的入射窗和一個(gè)透紅外的出射窗，轉(zhuǎn)換介質(zhì)是一層薄膜，其上沉積非常薄的金黑層。工作時(shí)，將一幅可見光圖像通過(guò)入射窗聚焦到金黑膜層上，其輻射能被金黑膜層吸收，并通過(guò)出射窗轉(zhuǎn)換為反映金黑層的溫度和輻射發(fā)射率的紅外輻射能量。由于金黑層非常薄，熱惰性很小，所以溫度很快就能超過(guò)環(huán)境溫度。圖像上亮度比暗點(diǎn)溫度高，視頻圖像灰度等級(jí)分布轉(zhuǎn)換成黑體腔薄膜上的溫度分布，使黑體薄膜產(chǎn)生的紅外輻射與真實(shí)目標(biāo)一致。由黑體薄膜變換器組成的仿真系統(tǒng)如右圖。視頻投影儀把可見光圖像投射到真空腔的黑體膜，經(jīng)黑體薄膜變換成紅外圖像。紅外準(zhǔn)直系統(tǒng)的焦面與黑體薄膜面一致，紅外圖像對(duì)于被測(cè)紅外系統(tǒng)如同位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-223北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081（4）液晶光閥變換器液晶光閾是一種具有雙折射效應(yīng)和扭曲旋光效應(yīng)的可見光-紅外圖像變換器件，主要由光纖面板、硅光導(dǎo)體、液晶和紅外透射窗等部件組成。

液晶光閥變換器利用電控雙折射效應(yīng)：雙折射引起的光輻射偏振態(tài)變化與波長(zhǎng)有關(guān)，在一定的外電場(chǎng)作用下，各種波長(zhǎng)的光輻射透射比不同。在白光入射時(shí)，透射光的顏色將隨外電場(chǎng)的變化而改變，把可見光圖像變換到紅外波段。采用液晶光閥變換器組成的檢測(cè)系統(tǒng)如圖，由計(jì)算機(jī)生成的可見光圖像經(jīng)光學(xué)纖維板落在Si光導(dǎo)體上，并將可見光圖像信號(hào)變換成電壓信號(hào)，經(jīng)液晶又變換成液晶體上的雙折射空間圖像。從紅外源發(fā)射的紅外輻射被偏振分光器反射到光閥上，液晶使紅外輻射得到調(diào)整，經(jīng)紅外反射鏡反射后經(jīng)液晶每一次旋轉(zhuǎn)扭曲獲得附加調(diào)制，其正交偏振分量可通過(guò)偏振分光器。以光閥面作為焦平面安裝一投影物鏡，則紅外圖像就如同來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-224北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081休斯公司于1985年首先研制成功液晶光閥可見光-紅外圖像變換器，可在3～5

m和8～14

m雙波段工作，視場(chǎng)角24

×24

，空間分辨力為256×256分立像元，幀速60Hz，溫度分辨力為0.1℃，溫度范圍大于環(huán)境溫度100℃。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-225北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081（5）先進(jìn)的紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬仿真器

2003年美國(guó)SBIR公司研制出紅外熱場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模擬發(fā)生器，主要用于紅外成像制導(dǎo)仿真系統(tǒng)、多傳感器/任務(wù)設(shè)備信息融合的研究平臺(tái)，左圖給出了系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵部件，其中MIRAGE(Multi-spectralInfra-RedAnimationGenerationEquipment，右圖)目前甚至屬于對(duì)北約盟國(guó)也封鎖的關(guān)鍵技術(shù)。表3-10給出了紅外熱場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模擬發(fā)生器的主要技術(shù)參量。4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-226北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081紅外熱場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模擬發(fā)生器的主要技術(shù)參量Emitterarrayresolution512

512pixels,1k

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m),15°Cto314°C(8-12m)Thermalresolution0.004°Cat25°C,0.024°Cat300°CMaximumframerate200HzFlicker<0.1%MaxpixelschangeperframeFullframe(262,144pixels)Thermaltimeconstant5millisecondsPost-correctionnonuniformity

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4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-227北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081紅外熱場(chǎng)景動(dòng)態(tài)模擬發(fā)生器原理框圖4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-228北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081MIRAGE的外形照片4.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)2007-229北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)大氣作用效果模擬大氣對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊懼饕獊?lái)源于大氣分子散射、氣體吸收以及氣溶膠散射和吸收三個(gè)部分。大氣分子散射：大氣分子是大氣中最穩(wěn)定的粒子，其散射作用可以用瑞利(Rayleigh)散射理論描述，大氣分子散射光學(xué)厚度與λ-4成正比，分子散射系數(shù)與大氣溫度和氣壓有關(guān)。氣體吸收：水汽、臭氧和氧氣的吸收作用最強(qiáng)，三者之中又以水汽吸收的影響最不穩(wěn)定、最活躍。大氣中的水汽對(duì)電磁波的某些波段表現(xiàn)為強(qiáng)烈的吸收，此外，二氧化碳、臭氧及低層大氣中懸浮的大量固體和液體微粒--統(tǒng)稱為氣溶膠，對(duì)電磁波也有吸收和散射的作用。概括起來(lái)有以下幾個(gè)吸收帶：2007-230北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)⑴水汽吸收帶：水汽吸收帶很多，歸納起來(lái)有三類兩個(gè)寬的強(qiáng)吸收帶：4.9~8.7μm和2.27~3.57μm

兩個(gè)窄帶吸收帶：中心波長(zhǎng)分別為1.38μm和2.0μm

一個(gè)弱的窄吸收帶：0.7~1.23μm⑵二氧化碳吸收帶：二氧化碳吸收帶分為兩種類型一個(gè)完全吸收帶，即波長(zhǎng)大于14μm的紅外波譜全部吸收兩個(gè)窄的吸收帶，中心波長(zhǎng)為2.7μm和4.3μm⑶臭氧吸收帶：臭氧對(duì)太陽(yáng)輻射0.3μm以下的短波全部吸收，在長(zhǎng)波范圍內(nèi)吸收都很弱，9~10μm范圍內(nèi)有一個(gè)窄的吸收帶。氣溶膠散射和吸收：氣溶膠影響或許是大氣中最不穩(wěn)定、同時(shí)也是最重要的影響，氣溶膠散射作用可以用邁(Mie)散射理論表述。2007-231北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)此外大氣不僅削弱輻射，其本身也放射輻射，有時(shí)甚至放射的輻射會(huì)超過(guò)吸收的部分，因此必須將大氣的放射和吸收同時(shí)考慮。總之由于大氣的吸收和散射作用，使得探測(cè)器所接受的目標(biāo)輻射能量受到衰減，這種衰減可以用大氣透過(guò)率來(lái)表示。紅外輻射的大氣透過(guò)率取決于氣象條件和所處背景，并隨天氣條件、高度和背景而變。因此必須對(duì)紅外輻射的大氣透過(guò)率計(jì)算方法進(jìn)行研究。大氣光譜透過(guò)率τａ(λ)用下式確定：

τａ(λ)=τΠ(λ)·τＰ(λ)·τｒ(λ)式中τΠ(λ)———被吸收大氣光譜透過(guò)率；

τＰ(λ)———散射大氣光譜透過(guò)率；

τｒ(λ)———因氣象衰減制約的大氣光譜透過(guò)率；2007-232北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)目前在討論紅外成像時(shí)，一般討論3～5和8～14μm兩個(gè)紅外窗口。透過(guò)率除與波長(zhǎng)有關(guān)外，還與季節(jié)、氣象條件等有關(guān)，一般把大氣分為六種模式：熱帶大氣、中緯度夏季大氣、中緯度冬季大氣、高緯度度夏季大氣、高緯度冬季大氣以及兩種氣溶膠模式，即“晴朗大氣”和“霧霾大氣”。為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，通常采用大氣窗口通道的平均透過(guò)率來(lái)進(jìn)行計(jì)算。2007-233北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)目前的大氣輻射傳輸模型主要有：

高分辨率大氣輻射傳輸模型FASCODE：可以進(jìn)行逐條光譜線的傳輸特征計(jì)算，在考慮激光和單色波長(zhǎng)的大氣傳輸問(wèn)題時(shí)，特別在研究輻射在大氣中傳輸?shù)木?xì)光譜結(jié)構(gòu)時(shí)，多使用該軟件。

低分辨率LOWTRAN模：目前廣泛使用的一個(gè)大氣輻射傳輸模型，由美國(guó)空軍地球物理實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制，從70年代初開始正式發(fā)表以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次修改、補(bǔ)充和更新，至今已發(fā)展到最新的版本LOWTRAN7，LOWTRAN7主要用來(lái)計(jì)算光譜帶的大氣輻射吸收傳輸特性，其光譜分辨率為20波數(shù)，要求光譜帶的起始和終止波數(shù)必須是5波數(shù)的整數(shù)倍，所覆蓋的范圍為350～4000cm-1(0.25～28.5μm)。2007-234北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)

LOWTRAN7包括6中參考大氣模式，每中大氣模式都定義了溫度、水汽、氣壓、密度以及各種氣體成分含量的垂直廓線。其中考慮了分子吸收、分子散射、氣溶膠消光、太陽(yáng)和月亮的輻射，對(duì)大氣折射問(wèn)題采用了球形層面，各層之間的折射率假定為指數(shù)分布。該程序考慮的內(nèi)容是相當(dāng)全面的，只要給定溫度、氣壓、水汽含量、氣溶膠模型和能見度，以及輻射波長(zhǎng)、路徑長(zhǎng)度及其類型，就能確定出精度比較高的光譜透過(guò)率或平均透過(guò)率，此外，該程序還可計(jì)算熱輻射，太陽(yáng)、月亮單次散射的輻射，直射太陽(yáng)輻照度。

MODTRAN大氣傳輸模型：在光譜分辨率較LOWTRAN高的需求下發(fā)展起來(lái)的模型，其分辨率可以達(dá)到2cm-1，頻率范圍為0～50000cm-1

，光譜帶的起始和終止波數(shù)是1波數(shù)的整數(shù)倍。

MODTRAN具有LOWTRAN7的所有功能，如球面幾何折射，太陽(yáng)和月亮輻射，散射（Rayleigh，Mie，single，multiple），默認(rèn)廓線（氣體，氣溶膠，云，霧，雨）等。此外，MODTRAN還具有分子帶模式參數(shù)。2007-235北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)

大氣透過(guò)率的計(jì)算：計(jì)算大氣透過(guò)率需知道以下參數(shù)：初始高度、終點(diǎn)高度、初始高度處的天頂角、路徑長(zhǎng)度。大氣背景輻射的計(jì)算：大氣背景輻射是指在接受端向天空背景上無(wú)窮遠(yuǎn)處某點(diǎn)作投影，投影線大氣路徑上自身的熱輻射和對(duì)太陽(yáng)輻射的散射。計(jì)算所取得路徑為垂直或傾斜，初始高度和初始高度處的天頂角取值是兩個(gè)重要的參數(shù)。

大氣路徑輻射的計(jì)算：與大氣背景輻射的區(qū)別是路徑參數(shù)為空間中兩個(gè)高度上的點(diǎn)和路徑長(zhǎng)度。路徑參數(shù)為初始點(diǎn)高度、終點(diǎn)高度、路徑長(zhǎng)度、初始點(diǎn)天頂角等。

直射太陽(yáng)輻射的計(jì)算：主要是太陽(yáng)位置的確定問(wèn)題。

除考慮大氣對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊懲猓娛聭?yīng)用中戰(zhàn)場(chǎng)煙霧等模糊體對(duì)輻射傳輸也有影響，也需考慮進(jìn)來(lái)。需建立專門的計(jì)算模型，目前已有SMKMAP等模型軟件。

2007-236北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000814.半實(shí)物模擬仿真的關(guān)鍵技術(shù)探測(cè)器系統(tǒng)模擬仿真

探測(cè)器是成像系統(tǒng)的核心，它把接收到的輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)它也是最復(fù)雜的部分。探測(cè)器給圖像帶來(lái)的影響是與其物理結(jié)構(gòu)相關(guān)的，物理結(jié)構(gòu)不同所慮的主導(dǎo)因素也不同。目前常用的一個(gè)模型是美國(guó)夜視光電中心的NV&EOL靜態(tài)性能模型，該模型輸出的空間頻率調(diào)制傳遞函數(shù)包括了光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器及電子部件的調(diào)制傳遞函數(shù)，能夠滿足模擬要求。在模擬過(guò)程中，目標(biāo)/背景視輻射圖首先經(jīng)過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g頻率域內(nèi)的圖像，然后經(jīng)過(guò)探測(cè)器調(diào)傳遞函數(shù)的空間濾波和噪聲處理，再經(jīng)傅里葉逆變換至空域內(nèi)，生成熱紅外圖像。

2007-237北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000815.半實(shí)物模擬仿真的幾個(gè)問(wèn)題目前，場(chǎng)景的紅外圖像模擬的工作做的較多，大氣作用效果的模擬討論的相對(duì)較少，而探測(cè)器作用效果的模擬一般都簡(jiǎn)化成仿真噪聲的疊加。現(xiàn)在已有專門的熱成像模型軟件，如美國(guó)的TTIM熱像模型軟件，將大氣及戰(zhàn)場(chǎng)煙霧等模糊體作用效果的影響與探測(cè)器作用效果的影響結(jié)合起來(lái)，直接對(duì)目標(biāo)/背景零視距離輻射圖進(jìn)行處理,生成熱紅外圖像。目前需要解決的幾個(gè)問(wèn)題：

1）目標(biāo)與背景的幾何模擬：計(jì)算量太大，使得計(jì)算機(jī)處理速度慢，實(shí)時(shí)性差。需要開發(fā)更好的模擬算法，如將分形算法用于背景模擬，分形技術(shù)以自相似性和分?jǐn)?shù)維為特點(diǎn)，突破了以往只能生成規(guī)則圖形的局限性，可將自然界中絕大多數(shù)的非規(guī)則圖形真實(shí)地在計(jì)算機(jī)上重現(xiàn)，其迭代函數(shù)系統(tǒng)可將分形應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖像生成；

2007-238北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000815.半實(shí)物模擬仿真的幾個(gè)問(wèn)題

2）溫度模擬：建立準(zhǔn)確的基本溫度預(yù)測(cè)模型；

3）由于目標(biāo)與背景是分開模擬的，故割裂了目標(biāo)與背景之間的相互影響，當(dāng)背景中有多個(gè)目標(biāo)時(shí)，失真較大，應(yīng)考慮克服這方面的影響；

4）仿真系統(tǒng)不僅要能仿真靜止的圖像，而且應(yīng)能仿真動(dòng)態(tài)圖像。建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，使得仿真圖像會(huì)隨著系統(tǒng)性能瞬時(shí)的變化(如突發(fā)的抖動(dòng)或隨機(jī)噪聲)而改變;5）系統(tǒng)仿真模型與系統(tǒng)性能模型的有機(jī)結(jié)合：目前成像系統(tǒng)的仿真有兩個(gè)方面，一個(gè)是從圖像質(zhì)量的角度出發(fā),另一個(gè)是從系統(tǒng)性能參數(shù)的角度出發(fā)。兩種仿真的共同目標(biāo)是提高系統(tǒng)性能，可以考慮把這兩個(gè)模型有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)既能從圖像質(zhì)量角度評(píng)價(jià)系統(tǒng),也能從性能參數(shù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的完善的仿真模型。

6）建立的仿真模型不僅能從理論上準(zhǔn)確地描述物理現(xiàn)象，而且要建立判斷模型準(zhǔn)確性的標(biāo)準(zhǔn)。把模型與實(shí)際情況進(jìn)行比較,證明模型的合理性。2007-239北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一1.紅外厚膜電阻陣列目標(biāo)生成裝置紅外動(dòng)目標(biāo)生成裝置2007-240北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：100081B0B1B2B3B4B6B5B7B8B9B10B11B12B13B14B15E4E5E6E7E0E1E2E3E

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動(dòng)目標(biāo)生成裝置陣列結(jié)構(gòu)圖6.我們的工作之一2007-241北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一工作原理框圖2007-242北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作YNYN系統(tǒng)說(shuō)明擊任意鍵是否退出？演示歡迎條幅敲任意鍵選擇演示目標(biāo)退出飛機(jī)艦船坦克條帶選擇運(yùn)動(dòng)方式左飛右飛曲線往返加速退出是否改變速度設(shè)定參數(shù)YN讀取數(shù)據(jù)Y開始終止演示輸入速度和頻率代號(hào)N中斷2007-243北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的坦克圖像（靜態(tài)）2007-244北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的飛機(jī)圖像（靜態(tài)）2007-245北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一2.紅外液晶光閥目標(biāo)生成裝置仿真軟件運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)分析人機(jī)接口面黑體計(jì)算機(jī)/圖像發(fā)生模塊XGA/VIDEOPBSLCDLCLV投射光學(xué)系統(tǒng)模塊可見光到紅外圖像轉(zhuǎn)換模塊UUT紅外成像系統(tǒng)系統(tǒng)原理框圖2007-246北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一

可見光成像系統(tǒng)準(zhǔn)直鏡頭紅外液晶光閥準(zhǔn)直鏡頭主體支架高溫面黑體偏振分束器XGA液晶顯示屏紅外目標(biāo)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖2007-247北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一紅外場(chǎng)景仿真系統(tǒng)實(shí)物圖片2007-248北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一利用Creator開發(fā)的目標(biāo)/場(chǎng)景效果圖2007-249北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景仿真系統(tǒng)熱像儀圖像采集光學(xué)平臺(tái)紅外場(chǎng)景投射器分辨力測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成圖2007-250北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000816.我們的工作之一動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景模擬試驗(yàn)系統(tǒng)SR5000光譜輻射計(jì)光譜采集光學(xué)平臺(tái)紅外場(chǎng)景投射器輸出光譜特性測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成圖2007-251北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件國(guó)外，尤其是美國(guó)在紅外動(dòng)態(tài)圖像計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面做了大量的工作，技術(shù)相當(dāng)成熟并已用于實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)估中。如美國(guó)空軍研究室軍品管理局（AFRL/MN）負(fù)責(zé)開發(fā)的IRMA模型；由洛克希德技術(shù)研究所（RIT）開發(fā)的DISIG模型，由美國(guó)TTIM（TACOMThermalImagingModel）熱像模型軟件，將大氣及戰(zhàn)場(chǎng)煙霧等模糊體作用效果的影響與探測(cè)器作用效果的影響結(jié)合起來(lái)，直接對(duì)目標(biāo)/背景輻射圖進(jìn)行處理，生成紅外圖像；北約的Ac243合作研究推出的空中目標(biāo)紅外輻射模型NIRATAM，主要用于飛機(jī)紅外輻射的預(yù)測(cè)和模擬。幾種國(guó)外的典型模型：

1、SensorVision：SensorVision是較為出色一個(gè)圖像仿真軟件。作為Vega的一個(gè)模塊，SensorVision可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生從可見光到遠(yuǎn)紅外線間各個(gè)波段的仿真圖像。

SensorVision需要知道物體的材料屬性諸如熱傳輸特性、材料的反射系數(shù)、鏡面反射系數(shù)等等。2007-252北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件仿真流程圖2007-253北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件步驟：

1)首先，在Lynx的接口定義文件.adf

中,定義紅外探測(cè)器圖形界面接口相關(guān)對(duì)象,并設(shè)置紅外模擬所需的相關(guān)指定的輸入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件及路徑；

2)然后利用MOSARTatmosphericTool(MAT)設(shè)定大氣傳輸模型,計(jì)算大氣透射率、大氣背景輻射、太陽(yáng)或月亮的直接輻射等，由于計(jì)算量很大，通常是預(yù)先計(jì)算好，生成.mat文件。SensorVision

讀取.mat文件，進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；

3)而后利用TextureMaterialMappingTool(TMM)設(shè)定物體的紋理和材料物理特性。TextureMaterialMappingTool(TMM)提供了包括泥土、植被、建筑材料、合成材料和顏料等5類共95種材料的光譜特性和34種材料的熱特性；

4)最后通過(guò)SensorVision調(diào)用已經(jīng)計(jì)算的各種參數(shù)，利用輻射度計(jì)算公式，計(jì)算場(chǎng)景中的紅外輻射強(qiáng)度，并完成有輻射強(qiáng)度到灰度值的轉(zhuǎn)換，生成紅外圖像。2007-254北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件Vega的可見光與紅外模擬圖像2007-255北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件

2、GeorgiaTechVisibleandInfraredSyntheticImagery

Testbed(GTVISIT)

①時(shí)間及版本：GeorgiaTech研究所(GTRI)(美國(guó))80年代。②景物幾何描述方法：目標(biāo)和背景分別建模,對(duì)二者的描述分別為：三角形小面元構(gòu)成的物體模型和網(wǎng)格化的地形背景。③熱輻射模型：本身沒有輻射預(yù)測(cè)模型。根據(jù)不同元素的要求，通過(guò)測(cè)量或利用其它模型計(jì)算后賦值，如GTSIG(以物理學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的輻射模型)或IRMA(以第一定律和現(xiàn)象學(xué)為基礎(chǔ))。④大氣模型：大氣效應(yīng)包括大氣衰減和路徑輻射等，相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)LOWTRAN軟件的計(jì)算獲得。2007-256北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件⑤圖像生成及顯示形式：可采用動(dòng)態(tài)模式和“電影”回放模式生成和顯示圖像。⑥圖像生成波段：生成0.4～15μm內(nèi)的多光譜圖像。⑦特點(diǎn)：

a.主要生成小視場(chǎng)高分辨率的場(chǎng)景以支持戰(zhàn)術(shù)方面的應(yīng)用；

b.模型采用分層結(jié)構(gòu)，可以利用各種特征模擬方法來(lái)產(chǎn)生場(chǎng)景所需數(shù)據(jù)，便于更新。2007-257北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件3、DigitalImagingandRemoteSensinglaboratory’sImageGenerationmodel(DIRSIG)①時(shí)間及版本：Rochester技術(shù)研究所(RIT)(美國(guó))最新版本：DIRSIG3.4(2001年發(fā)布)。②景物幾何描述方法：目標(biāo)和背景均為AUTOCAD編寫的3D面元模型，對(duì)它們的描述采用樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。③熱輻射模型：以物理學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的輻射模型(包括自發(fā)輻射和表面反射輻射)，其中用THERM計(jì)算溫度，光線追跡法計(jì)算輻射。也可借用其它溫度預(yù)測(cè)模型的結(jié)果，如PRISM/MuSES/SIRIM。④大氣模型：采用AFGL大氣模擬代碼(FASCODE和MODTRAN)來(lái)預(yù)測(cè)所有的大氣元素，包括大氣透過(guò)率，路徑輻射和散射等。2007-258北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件⑤圖像生成及顯示形式：生成圖像序列,回放模式顯示。若犧牲一定的精度，也可用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。⑥圖像生成波段：生成0.3-20μm內(nèi)的多光譜圖像。⑦特點(diǎn)：

a.以物理學(xué)第一準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，包括了大多數(shù)的物理現(xiàn)象，屬于精確圖像生成模型；

b.能模擬整個(gè)成像鏈；

c.圖像生成所需的時(shí)間較長(zhǎng)。。2007-259北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件4、InfraredModelingandAnalysis(IRMA)

。①時(shí)間及版本：GrummanAerospaceandAnalytics(美國(guó))1980目前版本：Irma5.0(2000年發(fā)布)。②景物幾何描述方法：目標(biāo)和背景都采用三角形面元模型。其文件格式與AUTOCAD格式一致，也可將其它格式文件如BRLCAD，OBJ，3DStudio轉(zhuǎn)化。③熱輻射模型：以物理學(xué)第一定律和現(xiàn)象學(xué)為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)熱輻射模型。其中包括計(jì)算面元溫度的ENVIRO和計(jì)算輻射的PASSIVE/PPASSIVE。④大氣模型：大氣效應(yīng)包括大氣透過(guò)和路徑輻射等，相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)MODTRAN軟件的計(jì)算獲得。2007-260北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件⑤圖像生成及顯示形式：可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)圖像序列。⑥圖像生成波段：可支持紫外；近紅外、中紅外；被動(dòng)毫米波；主動(dòng)毫米波和LADAR(激光雷達(dá))成像。⑦特點(diǎn)：

a.以半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)；

b.適用于工作站系統(tǒng)；

c.具有模擬復(fù)雜傳感器效應(yīng)的模塊SSW。2007-261北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件5、TACOMThermalImageModel(TTIM)

。①時(shí)間及版本：OptiMetrics

公司(美國(guó))1984目前版本：TTIM3.2。②景物幾何描述方法：目標(biāo)由BRL2CAD生成的面元模型來(lái)描述，再由FRED編輯器進(jìn)行編輯。也可把真實(shí)圖像作為輸入。③熱輻射模型：用以物理學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的輻射模型PRISM來(lái)預(yù)測(cè)目標(biāo)的熱輻射特性。背景的輻射由其它模型獲得。④大氣模型：大氣效應(yīng)包括大氣衰減和路徑輻射，通過(guò)LOWTRAN7的計(jì)算獲得。

2007-262北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件⑤圖像生成及顯示形式：可根據(jù)需要進(jìn)行靜態(tài)/動(dòng)態(tài)圖像的生成和顯示。⑥圖像生成波段：可見及近紅外圖像。⑦特點(diǎn)：

a.主要用于地面車輛和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的模擬；

b.主要在Unix或SGI下使用，PC版的功能較簡(jiǎn)單。

注：TACOM全稱為：U.SArmyTankandAutomotiveCommand；AFGL為AirForceGeophysicsLaboratory。2007-263北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件viXsen軟件的模擬圖像2007-264北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000817.國(guó)外典型的紅外圖像仿真模型和軟件IRGen軟件的模擬圖像

2007-265北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街5號(hào)北京理工大學(xué)光電成像與信息工程研究所郵編：1000818.我們的工作之二1、紅外成像系統(tǒng)靜態(tài)模型CFLIR

該模型結(jié)合G7551項(xiàng)目完成，經(jīng)過(guò)多年的不斷完善，現(xiàn)該模型以具有以下功能：（1）NETD的計(jì)算；（2）MTF的計(jì)算；（3）MRTD的計(jì)算；（4）MDTD的計(jì)算；（5）基于LOWTRAN6的大氣傳輸參數(shù)計(jì)算；（5）基于系統(tǒng)參數(shù)的紅外成像系