基于红外仿真的目标样本生成方法技术

本发明专利技术提供了一种基于红外仿真的目标样本生成方法，该方法包括：一，对目标区场景进行建模，完成目标区场景的区域划分与材质赋值，生成目标区场景的材质图像；二，根据材质图像、目标区场景的模型以及目标区场景的高程数据构建出目标区场景的三维场景；三，设置目标区场景的外部环境条件，进行目标区场景的温度场计算、红外辐射计算及大气透过率计算以生成目标区场景的零视距下的红外仿真场景；四，在目标区场景的红外仿真场景的基础上，根据视点参数及成像器参数生成红外仿真目标样本。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中异源匹配识别红外目标的可靠度低以及难以适应各种外部环境的技术问题。

Target Sample Generation Method Based on Infrared Simulation

【技术实现步骤摘要】
基于红外仿真的目标样本生成方法
本专利技术涉及目标特性建模和目标识别
，尤其涉及一种基于红外仿真的目标样本生成方法。
技术介绍
目前，目标的红外特性复杂，其随时间、天候、位置等条件的变化明显，对一些特殊应用如军事领域来说，实现红外目标的识别非常困难。为了提高识别红外目标的能力，一般需要对大量红外目标进行训练学习，然而在多数情况下获取红外目标样本的手段有限，需要耗费相当大的人力、物力和财力。在已有研究中，有研究人员提出生成目标可见光样本数据的方法，通过将可见光目标数据与实际的红外目标数据进行异源图像处理实现目标的识别，然而由于红外目标特性的复杂多变，异源匹配识别可靠度较低，难以适应各种外部环境。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于红外仿真的目标样本生成方法，能够解决现有技术中异源匹配识别红外目标的可靠度低以及难以适应各种外部环境的技术问题。本专利技术提供了一种基于红外仿真的目标样本生成方法，目标样本生成方法包括：步骤一，对目标区场景进行建模，基于目标区场景模型的卫星影像数据完成目标区场景的区域划分与材质赋值，并将区域划分与材质赋值后的目标区场景与原始目标区场景进行材质信息绑定以生成材质图像；步骤二，根据材质图像、目标区场景的模型以及目标区场景的高程数据构建出目标区场景的三维场景；步骤三，设置目标区场景的外部环境条件，在目标区场景的三维场景的基础上根据目标区场景的外部环境条件进行目标区场景的温度场计算、红外辐射计算及大气透过率计算以生成目标区场景的零视距下的红外仿真场景；步骤四，在目标区场景的红外仿真场景的基础上，根据视点参数及成像器参数生成红外仿真目标样本。进一步地，目标样本生成方法还包括：步骤五，改变目标区场景的外部环境条件以及成像视点文件，重复步骤三和步骤四，生成不同外部条件下红外仿真目标样本。进一步地，步骤三具体包括：(3.1)设置目标区场景的外部环境条件；(3.2)在目标区场景的三维场景的基础上，根据目标区场景的外部环境条件以能够保证在图形处理器GPU中计算出步骤一中的材质图像的每个片元的温度的前提下，减少材质图像的温度场迭代次数；(3.2)图形处理器GPU的着色器根据材质图像的每个片元的温度进行每个片元的红外辐射计算及大气透过率计算以生成目标区场景的零视距下的红外仿真场景。进一步地，每个片元的红外辐射计算具体包括：通过计算不同材质红外波段内每个片元的自发辐射能量和全波段内每个片元的辐射能量比值，获取红外波段内每个片元的自发辐射能量占全波段内每个片元的辐射能量的百分比，根据百分比与全波段内每个片元的辐射能量的乘积以获取每个片元在红外波段内的自发辐射能量。进一步地，每个片元的大气透过率计算具体包括：将大气效应计算模型Etotal＝E0×τ+Epath中的Epath设为0以获取优化后的大气效应计算模型，其中，Etotal是探测器接收到的辐射总能量，E0是场景中目标自发辐射能量，τ是大气透过率参数，Epath是大气路径辐射的能量；根据外部环境条件以及优化后的大气效应计算模型，获取不同环境下的大气透过率参数τ，外部环境条件输入参数包括天气、时间和经纬度。进一步地，步骤四具体包括：(4.1)根据拍摄点与目标之间的位置关系，获取视点参数，视点参数包括拍摄点与目标之间的直线距离参数以及拍摄点与目标之间的角度参数；(4.2)模拟成像器的成像模型以获取成像器参数；(4.3)在目标区场景的红外仿真场景的基础上，根据视点参数及成像器参数生成红外仿真目标样本。进一步地，获取视点参数具体包括：根据拍摄点距离目标的起始距离、拍摄点距离目标的终止距离以及距离间隔计算获取拍摄点与目标之间的直线距离参数；根据拍摄点与目标之间的起始角度、终止角度及角度间隔计算获取拍摄点与目标之间的角度参数。进一步地，在步骤一中，目标区场景包括目标背景区域的正射影像图和目标的纹理图像。进一步地，目标区场景的材质类型包括草地、土壤、混凝土、沥青、钢和树木。进一步地，目标区场景的外部环境条件包括季节、天气和时段，季节包括春天、夏天、秋天和冬天，天气包括晴天、阴天和雨天，时段包括0小时至24小时。应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于红外仿真的目标样本生成方法，该方法能够快速仿真生成各种外部环境下的红外目标样本，参数少，自动化程度高，可广泛应用于各种需要红外目标样本的领域。此外，本专利技术的方法通过构建目标区场景的红外仿真场景，结合不同的视点参数及成像器参数能够生成多种外部环境下的红外目标样本，此种方法实现了同源数据的信息处理，有效提升了红外目标识别的准确度。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的基于红外仿真的目标样本生成方法的流程示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。如图1所示，根据本专利技术的具体实施例提供了一种基于红外仿真的目标样本生成方法，该目标样本生成方法包括：步骤一，对目标区场景进行建模，基于目标区场景模型的卫星影像数据完成目标区场景的区域划分与材质赋值，并将区域划分与材质赋值后的目标区场景与原始目标区场景进行材质信息绑定以生成材质图像；步骤二，根据材质图像、目标区场景的模型以及目标区场景的高程数据构建出目标区场景的三维场景；步骤三，设置目标区场景的外部环境条件，在目标区场景的三维场景的基础上根据目标区场景的外部环境条件进行目标区场景的温度场计算、红外辐射计算及大气透过率计算以生成目标区场景的零视距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外仿真的目标样本生成方法，其特征在于，所述目标样本生成方法包括：步骤一，对目标区场景进行建模，基于目标区场景模型的卫星影像数据完成目标区场景的区域划分与材质赋值，并将区域划分与材质赋值后的目标区场景与原始目标区场景进行材质信息绑定以生成材质图像；步骤二，根据所述材质图像、所述目标区场景的模型以及目标区场景的高程数据构建出目标区场景的三维场景；步骤三，设置所述目标区场景的外部环境条件，在所述目标区场景的三维场景的基础上根据所述目标区场景的外部环境条件进行所述目标区场景的温度场计算、红外辐射计算及大气透过率计算以生成所述目标区场景的零视距下的红外仿真场景；步骤四，在所述目标区场景的红外仿真场景的基础上，根据视点参数及成像器参数生成红外仿真目标样本。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外仿真的目标样本生成方法，其特征在于，所述目标样本生成方法包括：步骤一，对目标区场景进行建模，基于目标区场景模型的卫星影像数据完成目标区场景的区域划分与材质赋值，并将区域划分与材质赋值后的目标区场景与原始目标区场景进行材质信息绑定以生成材质图像；步骤二，根据所述材质图像、所述目标区场景的模型以及目标区场景的高程数据构建出目标区场景的三维场景；步骤三，设置所述目标区场景的外部环境条件，在所述目标区场景的三维场景的基础上根据所述目标区场景的外部环境条件进行所述目标区场景的温度场计算、红外辐射计算及大气透过率计算以生成所述目标区场景的零视距下的红外仿真场景；步骤四，在所述目标区场景的红外仿真场景的基础上，根据视点参数及成像器参数生成红外仿真目标样本。2.根据权利要求1所述的基于红外仿真的目标样本生成方法，其特征在于，所述目标样本生成方法还包括：步骤五，改变所述目标区场景的外部环境条件以及成像视点文件，重复步骤三和步骤四，生成不同外部条件下红外仿真目标样本。3.根据权利要求1或2所述的基于红外仿真的目标样本生成方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：(3.1)设置所述目标区场景的外部环境条件；(3.2)在所述目标区场景的三维场景的基础上，根据所述目标区场景的外部环境条件以能够保证在图形处理器GPU中计算出步骤一中的材质图像的每个片元的温度的前提下，减少材质图像的温度场迭代次数；(3.2)图形处理器GPU的着色器根据材质图像的每个片元的温度进行每个片元的红外辐射计算及大气透过率计算以生成所述目标区场景的零视距下的红外仿真场景。4.根据权利要求3所述的基于红外仿真的目标样本生成方法，其特征在于，每个片元的红外辐射计算具体包括：通过计算不同材质红外波段内每个片元的自发辐射能量和全波段内每个片元的辐射能量比值，获取红外波段内每个片元的自发辐射能量占全波段内每个片元的辐射能量的百分比，根据百分比与全波段内每个片元的辐射能量的乘积以获...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，梁文宝，张锐，孙银江，李振，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11