一种红外探测器仿真图像生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种红外探测器仿真图像生成方法及装置，所述方法包括：对原始景物红外辐射能量图像进行光学系统的信号传递特性的处理，得到一系列景物红外辐射能量图像；对该系列中最后一个景物红外辐射能量图像，进行傅里叶变换，转化为频谱图像，并对频谱图像做中心化处理；计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的多个传递函数，将多个传递函数相乘，得到的结果再与中心化处理后的频谱图像的二维矩阵相乘，再执行去中心化处理，对去中心化处理的结果进行傅里叶反变换，得到电压信号；对电压信号进行灰度量化，再添加噪声效应，最终生成红外探测器仿真图像。根据本发明专利技术的方案，能够真实地呈现红外探测器的成像过程。能够真实地呈现红外探测器的成像过程。能够真实地呈现红外探测器的成像过程。

A method and device for generating simulated image of infrared detector

【技术实现步骤摘要】
一种红外探测器仿真图像生成方法及装置


[0001]本专利技术涉及红外成像仿真领域，尤其涉及一种红外探测器仿真图像生成 方法与装置。

技术介绍

[0002]由于军用和空间领域使用的红外探测器系统的结构比较复杂，其在野外 试验的环境条件又比较多变，如果在研制期间、投入生产之前没有对探测器 系统进行全面的数学建模分析和计算机仿真，可能会在研制、生产、试验等 方面走很多弯路，产生不少浪费和损失，这样既提高了成本，又降低了效率。
[0003]红外探测器系统成像仿真能够较好的模拟红外探测器的整个成像过程， 帮助我们更好地理解各种受限因素对系统性能的影响，在设计探测器系统各 组成模块的参数时提供可考依据,有效缩短红外探测器整机系统的设计和研发 周期，提高了工作效率；而且红外成像系统仿真还可以避免很多琐碎又艰苦 的野外试验，解决了不少实际测试试验中很难满足的技术问题。
[0004]基于以上原因，近些年来越来越多的国内外学者开始研究红外探测器系 统成像仿真的方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器仿真图像生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S101：获取原始景物红外辐射能量图像，对所述红外探测器的光学系统模块的能量衰减建模，得到第一景物红外辐射能量图像；步骤S102：基于所述第一景物红外辐射能量图像，对所述红外探测器的光学系统模块的阴影效应建模，得到第二景物红外辐射能量图像；步骤S103：基于所述第二景物红外辐射能量图像，对所述红外探测器的光学系统模块的光学渐晕效应建模，得到第三景物红外辐射能量图像；步骤S104：基于所述第三景物红外辐射能量图像，对所述红外探测器的光学系统模块的几何扭曲效应建模，得到第四景物红外辐射能量图像；步骤S105：基于所述第四景物红外辐射能量图像，对所述第四景物红外辐射能量图像进行傅里叶变换，得到频谱图像；如果该频谱图像为奇数行或奇数列，对所述频谱图像进行裁剪，裁剪为偶数行或偶数列的频谱图像；对所述裁剪后的频谱图像进行中心化处理；步骤S106：计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的衍射限光学系统的传递函数MTF
diff
；步骤S107：确定弥散斑能量分布的标准方差，计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的光学系统几何相差传递函数MTF
aber
；步骤S108：确定红外探测器的水平方向和垂直方向的瞬时视场角，计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的红外探测器空间滤波效应的调制传递函数MTF
ds
；步骤S109：确定探测器时间响应对应3dB时的频率，计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的红外探测器时间滤波效应的调制传递函数MTF
time
；步骤S110：确定红外探测器的水平和垂直方向上能够分辨的最大空间频率，计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的红外探测器采样效应的调制传递函数MTF
samp
；步骤S111：先求得低通滤波在空间频率域的3dB频率，再计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的低通滤波的调制传递函数MTF
e1
；步骤S112：先求得高通滤波在空间频率域的3dB频率，再计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的高通滤波的调制传递函数MTF
e2
；步骤S113：计算中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的高频提举的调制传递函数MTF
e3
；步骤S114：基于进入红外探测器光敏面上的红外辐射能量计算出转移的总电荷数N，再求得中心化处理后的频谱图像中的每个像素点对应的CCD转移函数的调制传递函数MTF
CCD
；步骤S115：将传递函数MTF
diff
、传递函数MTF
aber
、传递函数MTF
ds
、传递函数MTF
time
、传递函数MTF
samp
、传递函数MTF
e1
、传递函数MTF
e2
、传递函数MTF
e3
、传递函数MTF
CCD
各自对应的调制传递函数矩阵相乘，得到的结果与所述中心化处理后的频谱图像的二维矩阵相乘，再执行去中心化处理，然后将去中心化处理的结果进行傅里叶反变换，得到电压信号；步骤S116：对所述电压信号进行灰度量化，再添加噪声效应，生成红外探测器仿真图像。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S101，包括：获取能量衰减因子k，将图像的各个像素值I
ij
分别乘以能量衰减因子k，所述图像为原始景物红外辐射能量图像，即I
2ij
＝I
ij
×
k，即求得所述经过红外探测器的光学系统模块的能量衰减后的辐射能量，将像
素值I
2ij
保存于原始景物红外辐射能量图像的i行j列，得到第一景物红外辐射能量图像；所述景物红外辐射能量为景物经大气衰减到达红外探测器视口的红外辐射能量；图像的每个像素值乘以能量衰减因子k，即可求得经过所述红外探测器的光学系统模块的能量衰减后的辐射能量，k通过下式得到：其中，τ为光学透过率，k1为折射面个数，k2为反射面个数，d为每个透镜的厚度，ρ为反射面的反射率，t为各种无色玻璃对白光的平均通过率；所述步骤S102，包括：遍历所述第一景物红外辐射能量图像的各个像素I
2ij
，计算θ
ij
值，θ
ij
是探测器成像平面上的各个像素点与光学系统中心点之间的连线与光轴之间所成的夹角，用像素值I
2ij
乘以cos4θ
ij
，即I
3ij
＝I
2ij
×
cos4θ
ij
，即可求得经光学系统模块阴影效应后的辐射能量，将像素值I
3ij
保存于第一景物红外辐射能量图像的i行j列，得到第二景物红外辐射能量图像；式中，d
x
，d
y
分别为红外探测器阵列像元的水平中心距和垂直中心距，通常情况下d
x
＝d
y
，i、j分别为图像像素的横向和纵向坐标，[m,n]是用像素数目表示的图像尺寸大小，f0表示光学系统的焦距；所述步骤S103，包括：遍历所述第二景物红外辐射能量图像的各个像素I
3ij
，计算各个像素I
3ij
对应的面渐晕系数H，用像素值I
3ij
乘以渐晕系数，即I
4ij
＝I
3ij
×
H，即可求得经光学系统模块渐晕效应后的辐射能量，将像素值I
4ij
保存于第二景物红外辐射能量图像的i行j列，得到第三景物红外辐射能量图像；面渐晕系数H＝轴外点光束在入瞳上的截面积/入瞳面积；所述步骤S104，包括：对所述第三景物红外辐射能量图像的各个像素I
4ij
，依据空域校正项建模，计算畸变后的各个像素的新位置，对所述第三景物红外辐射能量图像进行插值，以去除网格黑线，将处理后的各像素值记为I
5ij
，将像素值I
5ij
保存于新建图像的i行j列中，得到第四景物红外辐射能量图像。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S106，其中：对于圆形孔径，衍射限光学系统的MTF
diff
为：式中，f
c
＝D0/λ为非相干光学系统的空间截止频率，单位为c/mrad，D0是光学系统的有
效孔径，λ为非相干光波长，可取平均工作波长称(λ1+λ2)/2，[λ1，λ2]为工作波长范围，f
x
、f
y
分别为探测器焦平面的水平方向和垂直方向的空间频率；对于方形孔径，衍射限光学系统的MTF
diff
为：式中f
cx
＝D
cx
/λ，是X方向的截止频率，D
cx
是X方向的孔径宽度；f
cy
＝D
cy
/λ，是Y方向的截止频率，D
cy
是Y方向的孔径宽度；所述步骤S107，其中：式中用角度度量的标准方差，σ＝σ
c
/f，单位为c/mrad；标准方差σ
c
等于弥散圆直径的四分之一；所述步骤S108，其中：若探测器为单元探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翱，刘承禹，苗宇，祝强，孙健，魏子杰，明德烈，
申请(专利权)人：中国人民解放军九六九零一部队二五分队，
类型：发明
国别省市：