[發明專利]面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法

在審

• 申請號: 202010003145.2
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111223191A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 余冠鋒;程岳;韓偉;劉作龍
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

1.面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)構建基于虛擬現實的可見光三維場景；

2)將機載增強合成視景系統的視點相機置于所述基于虛擬現實的可見光三維場景中，建立紅外成像鏈路模型；

3)獲取a)當前視點相機在三維場景中的位置以及姿態信息；b)當前視點相機觀察到的像素點所屬材質及其在三維場景中的位置信息；c)預先確定或計算得到的該三維場景的場景紅外特性數據和材質特性數據；

計算像素點到達視點相機的所有輻射量，進而映射得到理想的紅外仿真圖像；

4)基于所述理想的紅外仿真圖像，添加噪聲并模擬機載振動影響，參考傳感器的成像模型，生成機載紅外仿真圖像；

5)在所述機載紅外仿真圖像疊加虛擬儀表，生成機載增強合成視景系統實時仿真畫面，渲染輸出。

2.根據權利要求1所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：所述三維場景的場景紅外特性數據包括紅外光照反射模型、天空背景輻射模型、太陽輻射模型和大氣衰減系數τ_Path；所述材質特性數據包括材質發射率emis、材質表面反射率ref和材質的溫度模型。

3.根據權利要求2所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：步驟3)中所述像素點到達視點相機的所有輻射量按照下式計算：

L_Sensor＝(bp(L_Sun)·ref+L_Sky+L_Thermal·emis)·τ_Path

式中，L_Sensor為傳感器檢測到的目標輻射總量，bp(L_Sun)為傳感器檢測到的目標表面反射的太陽輻射，L_Sky為傳感器檢測到的天空背景輻射，L_Thermal為傳感器檢測到的目標自身熱輻射；ref為材質表面反射率，emis為材質發射率，τ_Path為大氣衰減系數。

4.根據權利要求3所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：所述紅外光照反射模型的表達式為：

其中：N是入射點的單位法向量；H是半角向量，H＝(V+L)/2，指的是光入射方向L和視點方向V的中間向量；k_s為材質的鏡面反射系數；I_l是點光源強度，取自預先建立的大氣模型中的太陽輻射強度；n_s是高光指數。

5.根據權利要求1所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：對于構建的基于虛擬現實的可見光三維場景，預先通過語義分割對場景紋理按照材質進行分類，明確每一個像素屬于哪一種材質；

將像素RGB值替換為所屬材質對應的材質編號、反射率、發射率分別存入RGB三個通道，得到偽紋理；步驟3)中預先計算材質特性數據，是通過讀取所述偽紋理像素信息即得到材質發射率emis和材質表面反射率ref；

或者，僅存入材質編號，步驟3)中預先計算材質特性數據，是通過在線查詢得到材質發射率emis和材質表面反射率ref。

6.根據權利要求1所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：步驟4)中添加噪聲的主體為高斯白噪聲。

7.根據權利要求1所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：步驟4)中模擬機載振動影響，是引入幀內模糊和幀間模糊處理，并加入圖像抖動。

8.根據權利要求7所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：所述幀內模糊是利用虛擬現實引擎中的著色器進行像素偏移來實現。

9.根據權利要求7所述的面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像實時仿真方法，其特征在于：所述幀間模糊是采用高斯模糊算法實現模糊效果。