[發明專利]一種紅外成像系統效應仿真方法

在審

• 申請號: 201610867650.5
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107885894A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 錢蕓生;張瑜;范夢萍;徐華;吳宇婧
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱寶慶

技術領域

本發明涉及一種紅外成像仿真技術，特別是一種紅外成像系統效應仿真方法。

背景技術

在全數字紅外成像仿真中，紅外成像系統不直接參與仿真試驗，但紅外成像系統對信號的衰減作用不能忽視，因此模擬紅外傳感器對紅外成像仿真的影響十分重要。目前紅外成像系統效應的模擬方法主要包括調制傳遞函數法、光線追跡法、點擴散函數法和基于圖像像素處理法。其中調制傳遞函數法具有開放、靈活、獨立的特點，因此利用該方法模擬的紅外成像系統效應能夠較準確的描述真實系統的成像特性。現有的紅外仿真方法生成的圖像不能對紅外傳感器的性能起到很好的評估作用。

現有的紅外成像技術常采用Matlab平臺進行仿真，但是該平臺多用于理論研究，不能很好的反應出紅紅外傳感器的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種紅外成像系統效應仿真方法，該方法以MTF為理論依據，基于VS2012開發全數字紅外成像系統效應仿真平臺，分別計算了光學系統、探測器、信號處理電路和顯示器的MTF，可以有效的反應出紅外傳感器的成像性能。

一種紅外成像系統效應仿真方法，包括以下步驟：

依次建立光學系統MTF模型、探測器MTF模型、信號處理電路MTF模型、顯示器MTF模型，

原始仿真紅外圖像通過傅立葉變換生成頻譜圖，

對頻譜圖采用光學系統MTF模型或上述模型疊加后的模型進行處理，

對處理后的頻譜圖經過逆傅立葉變變換獲得最終的紅外圖像；其中

所述疊加后的模型包括

光學系統MTF模型與探測器MTF模型相乘，

光學系統MTF模型、探測器MTF模型與信號處理電路MTF模型相乘，

光學系統MTF模型、探測器MTF模型、信號處理電路MTF模型與顯示器MTF模型相乘。

采用上述方法，所述光學系統MTF模型由衍射限下的MTF模型和非衍射下的的MTF模型組成，具體組成過程如下：

步驟S101，建立衍射限下的MTF模型

其中，為非相干光學系統的空間截止頻率，D₀為光學系統的有效孔徑，λ為非相干光波長，v_x,v_y分別為空間頻譜在水平和垂直方向的頻率分量；

步驟S102，建立非衍射下的的MTF模型

MTF_o2(v_x)＝exp(-2π²σ²v_x²)

MTF_o2(v_y)＝exp(-2π²σ²v_y²)

其中，為標準方差，f為系統焦距，σ_r為標準偏差，其與彌散圓內所占能量的百分比有關；

步驟S103，建立光學系統MTF模型

MTF_opt＝MTF_o1·MTF_o2。

采用上述方法，所述探測器MTF模型由空間濾波的MTF模型和時間濾波的MTF模型組成，具體組成過程如下：

步驟S201，建立空間濾波的MTF模型

MTF_ds(v_x)＝sin c(παv_x)

MTF_ds(v_y)＝sin c(παv_y)

其中，v_x,v_y分別為空間頻譜在水平和垂直方向的頻率分量，α、β分別為探測器水平方向和垂直方向的張角；

步驟S202，建立時間濾波的MTF模型

其中，時間濾波的MTF模型只作用于水平方向，是v_t0對應的空間頻率域3dB頻率，τ為載流子壽命，ω為掃描角速度；

步驟S203，建立探測器MTF模型

MTF_det＝MTF_ds·MTF_dt。

采用上述方法，所述信號處理電路MTF模型為

其中，是v_t0對應的空間頻率域3dB頻率，R為濾波器電阻，C為濾波器電容ω為掃描角速度。