[發(fā)明專利]一種飛機尾焰紅外圖像光線跟蹤優(yōu)化仿真方法

在審

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• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN114692368A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 叢明煜;于鯤;張巖;李雨澤;武艷偉;劉光宏
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué);中國電子科技集團(tuán)公司信息科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明公開了一種飛機尾焰紅外圖像光線跟蹤優(yōu)化仿真方法。步驟一、首先在某一像素區(qū)域內(nèi)進(jìn)行隨機位置采樣，確定需要計算尾焰出射輻射亮度的視線方向；步驟二、沿確定的視線方向進(jìn)行跟蹤，確定視線與飛機尾焰的相交位置，并隨機采樣視線與尾焰的相交路徑深度，計算采樣視線路徑的輻射亮度貢獻(xiàn)；步驟三、對步驟二得到的采樣視線路徑輻射亮度貢獻(xiàn)進(jìn)行蒙特卡洛積分，計算出整個視線方向的飛機尾焰出射輻射亮度；步驟四、重復(fù)步驟一到三，通過蒙特卡洛積分計算出每個像素對應(yīng)的平均輻射亮度，生成飛機尾焰紅外圖像。本發(fā)明針對飛機尾焰發(fā)射能力強、吸收能力弱的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外探測領(lǐng)域，具體涉及一種飛機尾焰紅外圖像光線跟蹤優(yōu)化仿真方法。

背景技術(shù)

紅外成像仿真技術(shù)通過虛擬場景建模和數(shù)字成像計算生成紅外相機的仿真探測圖像，為紅外成像探測系統(tǒng)的設(shè)計、研制、評估等工作提供測試與分析工具。隨著紅外成像探測系統(tǒng)的發(fā)展，對紅外成像仿真技術(shù)的準(zhǔn)確度和精細(xì)度提出了更高的需求。

紅外成像仿真技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了數(shù)值仿真、圖形仿真和物理仿真三個階段：數(shù)值仿真方法采用簡化模型或經(jīng)驗?zāi)Ｐ停瑑H能夠計算目標(biāo)的整體輻射特性，對點或斑目標(biāo)紅外成像仿真時較為有效；圖形仿真方法主要關(guān)注目標(biāo)的圖像形狀和紋理特征，成像模型和仿真結(jié)果通常不具有實際輻射物理意義；物理成像方法對仿真場景的輻射特性進(jìn)行物理建模，并采用數(shù)值方法對成像輻射傳輸過程進(jìn)行解算，能夠?qū)崿F(xiàn)輻射能量與圖形紋理的一致化高精度仿真，是目前紅外成像仿真技術(shù)的重要發(fā)展方向。

傳統(tǒng)光線跟蹤計算方法在透光性介質(zhì)圖像仿真計算時主要適用于云、霧等吸收能力強、發(fā)射能力弱類型的介質(zhì)，在對飛機尾焰等吸收能力弱、發(fā)射能力強的介質(zhì)進(jìn)行計算時存在計算效率低，方差收斂慢的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種飛機尾焰紅外圖像光線跟蹤優(yōu)化仿真方法，針對飛機尾焰發(fā)射能力強、吸收能力弱的問題，通過在光線跟蹤計算過程中考慮整體采樣路徑的輻射貢獻(xiàn)影響，提高了計算過程中的方差收斂速度，對不同輻射和消光特性的尾焰介質(zhì)均有較好適用性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種飛機尾焰紅外圖像光線跟蹤優(yōu)化仿真方法，所述優(yōu)化仿真方法包括以下步驟：

步驟一、在某一像素區(qū)域內(nèi)進(jìn)行隨機位置采樣，確定需要計算尾焰出射輻射亮度的視線方向；

步驟二、沿確定的視線方向進(jìn)行跟蹤，確定視線與飛機尾焰的相交位置，并隨機采樣視線與尾焰的相交路徑深度，計算采樣視線路徑的輻射亮度貢獻(xiàn)L_PM；

步驟三、對步驟二得到的采樣視線路徑輻射亮度貢獻(xiàn)L_PM進(jìn)行蒙特卡洛積分，計算出整個視線方向的飛機尾焰出射輻射亮度L_P；

步驟四、重復(fù)步驟一到三，通過蒙特卡洛積分計算出每個像素對應(yīng)的平均輻射亮度，生成飛機尾焰紅外圖像。

進(jìn)一步的，所述步驟二在進(jìn)行采樣視線路徑的輻射亮度貢獻(xiàn)時需要對采樣路徑上各點的輻射影響進(jìn)行累加。

進(jìn)一步的，所述步驟二具體為，將路徑輻射亮度積分的被積函數(shù)替換為的形式，定義線積分權(quán)重函數(shù)為w_t(s)，

整個視線方向的出射輻射亮度L_om(p₁,ω_o)表示為，