[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

本發明屬于計算機虛擬現實仿真技術領域，具體涉及一種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。本發明針對現代飛機典型配置的前視紅外傳感器，基于紅外輻射的物理模型，建立信號感知仿真模型，與虛擬環境所描述的對應屬性作用，通過虛擬現實仿真引擎，實時輸出探測信號，并疊加飛行儀表，模擬飛機在飛行過程中增強合成視景系統的紅外視頻成像工作過程以及機載惡劣成像環境造成的圖像降質，實現大規模場景的實時仿真。該方法綜合利用紅外波段輻射特征、目標的幾何特征和大氣效應等因素對目標紅外輻射的綜合作用進行仿真模擬，保證細節信息不失真，避免了傳統算法中的手動貼圖等人工痕跡，具有較好的計算效果和仿真精度。

技術領域：

本發明屬于計算機虛擬現實仿真領域，特別是涉及一種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。

背景技術：

近年來，基于前視紅外圖像的增強合成視景技術(系統)在飛機上應用越來越廣泛，通過將儀表疊加到三維場景上，在飛機巡航、進近著陸等過程中，能夠為飛行員提供鮮明的場景信息，并通過預先疊加顏色、符號等提升顯示效果，極大的增強了低能見度或低空飛行條件下飛行員的態勢感知能力。

然而，增強合成視景系統實際試飛環境復雜、成本昂貴、周期漫長，而沒有經過成熟測試認證的系統，難以加載到機載平臺中進行驗證，容易造成飛行事故。

傳統的紅外成像仿真系統中，通過粘貼紅外紋理、直接灰度化等方式實現，并非基于物理模型，缺乏真實感，其仿真效率低、畫面粗糙且價格昂貴，難以滿足武器裝備測試中需要的大場景實時仿真需求。

發明內容：

本發明的目的是：解決在面向機載增強合成視景系統的大規模場景紅外成像仿真中，虛擬現實場景仿真速度慢、分辨率低、真實性差的問題。

本發明提出的技術方案是：

該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，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(紅外傳感器)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(灰度圖像)；

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。

基于以上方案，本發明進一步作了如下優化：

上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(隨時間變化的溫度分布，對應于材質自身的熱輻射)。

上述步驟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