基于热模型的实时红外仿真方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106372268A(43)申请公布日2017.02.01(21)申请号201510426516.7(22)申请日2015.07.20(71)申请人中国人民解放军92728部队地址200436上海市闸北区场中路3300弄120号申请人中国人民解放军海军航空工程学院(72)发明人赵维谢晓方茅坪杨长胜(74)专利代理机构上海航天局专利中心31107代理人余岢(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称基于热模型的实时红外仿真方法(57)摘要本发明公开了一种基于热模型的实时红外仿真方法包括：红外材质库建模：测量材料温度、红外成像系统的输出电平值，进行大气辐射反演、成像效应反演，建立本征辐射亮度与红外成像系统的输出电平值的对应关系；并建立该材料的冷却函数，从而建立该材料的红外材质描述模型；通过对一系列材料的试验和分析，建立红外材质库；定义红外热模型存储格式：通过扩展几何模型的存储格式，在几何模型中存储红外特征参数；红外效果渲染：读取几何模型过程中同步读入红外特征参数，并模拟热传递效应、自然冷却的过程、大气传递效应，使用GPU的片段着色器编程实现对几何模型的颜色控制，最终实现逼真的红外仿真效果。CN106372268ACN106372268A权利要求书1/2页1.基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，包括：1）红外材质库建模，具体为：测量材料温度、红外成像系统的输出电平值；进行红外成像系统辐射标定、大气辐射反演、成像效应反演，完成本征辐射亮度的反演，建立该材料的本征辐射亮度与红外成像系统的输出电平值的对应关系；建立该材料的冷却函数，从而建立该材料的红外材质描述模型；通过对一系列材料的试验和分析，建立红外材质库；2）定义红外热模型存储格式，具体为：通过扩展几何模型的存储格式，在几何模型中存储红外特征参数，所述红外特征参数包括红外材质索引、冷却函数索引、初始温度；3）在进行红外仿真时，读取几何模型过程中同步读入红外特征参数，根据索引获得红外材质、冷却函数的具体参数，并模拟热传递效应、自然冷却的过程、大气传递效应，使用GPU的片段着色器编程实现对几何模型的颜色控制，最终实现逼真的红外仿真效果。2.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于：所述步骤1）中，红外成像系统辐射标定公式为：其中，为红外成像系统的输出电平值，为待标定红外成像系统的辐射亮度响应值，为黑体在红外成像系统波段内的辐射亮度，是红外成像系统自身引起的输出电平偏移值。3.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于：所述步骤1）中本征辐射亮度的反演公式为：其中，为材料的本征辐射亮度，、分别为材料与红外成像系统之间的大气透过率和路径辐射，为红外成像系统的输出电平值，为红外成像系统的辐射亮度响应值，是红外成像系统自身引起的输出电平偏移值。4.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，所述步骤2）中提出了一种三维几何模型和红外特征参数相结合的红外热模型存储格式，通过扩展Presagis公司的OpenFlight模型格式，定义IRnode属性节点，IRnode属性节点作为Group、Object类型节点的父节点，在IRnode属性节点中存储红外特征参数供所有子节点共享，实现在Creator三维建模软件中为三维几何模型存储红外特征参数。5.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，为模拟物体温度随着热辐射不断降低的现象，提出了红外热模型冷却函数的概念，冷却函数的定义如下所示：其中，为对流换热系数，为固体壁面与周围流体的温差，，常数和由固体表面布置形式决定。6.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，所述步骤3）中，提出了一种基于多层纹理的热传递效应模拟方法，实现对热导率低、比热容大的材料进行2CN106372268A权利要求书2/2页热传递效应模拟，通过指定描述温度变化的渐变纹理和调节因子，在GPU的片段着色器中使用调节因子处理贴有渐变纹理的多边形，使最终的红外图像有渐变的颜色。7.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，所述步骤3）中，提出一种基于GPU的片段着色器编程的几何模型颜色控制方法，具体为根据物体的温度、亮度值，根据颜色合成模型，实时调制片段颜色的红、绿、蓝3个分量，控制最终图像为灰度图、伪彩色图或绿色图。8.如权利要求1所述的基于热模型的实时红外仿真方法，其特征在于，所述步骤1）大气辐射反演中提出基于WindowsAPI截获法和时戳监视法的2种LOWTRAN软件实时大气传输参数获取方法，解决了LOWTRAN软件计算结果难于实时获取