一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，包括：获取三维场景信息，并将所述场景划分为若干三角面片；计算各三角面片之间的角系数；计算场景中物体的光谱辐出度；根据角系数和物体的光谱辐出度计算场景的光谱辐出度。本发明专利技术通过使用辐射度算法实现了红外多辐射源耦合传输的定量计算，并能够以图像的形式输出不同谱段下场景的辐出度分布，使得算法更易于实现，且对于多辐射源场景无需进行光源和光线的大量采样，计算速率更快。计算速率更快。计算速率更快。

【技术实现步骤摘要】
一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法


[0001]本专利技术属于红外场景仿真
，具体涉及一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法。

技术介绍

[0002]红外技术是一种无源探测技术。由于所有物体自身都能辐射红外线，红外设备可以无源方式工作，与雷达相比，具有简单、体积小、重量轻、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点，与可见光相比，有透过烟尘能力强、可昼夜工作等优点，因而被广泛应用于各个领域。其中，红外场景仿真是红外技术应用的一个重要方面。
[0003]传统的红外场景仿真技术主要有光线追踪、路径跟踪、双向路径跟踪等多种基于物理的渲染技术。这些方法主要利用从相机或光源发出大量光线在场景的物体表面或内部进行弹射，在该弹射过程中根据物体表面的光学属性，计算光线从光源到相机最终所携带的能量，涉及光源采样和光线采样技术。
[0004]然而，对于红外场景而言，所有温度高于绝对零度的物体都是不可忽视的辐射源，而传统算法的计算速率一般随光源数量非线性下降，故而现有的基于物理的渲染方法(辐射计算技术)对于复杂红外场景的辐射计算具有速率过低的劣势，且算法复杂度过高，不易实现。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，包括：
[0007]步骤1：获取三维场景信息，并将所述场景划分为若干三角面片；
[0008]步骤2：计算各个三角面片之间的角系数；
[0009]步骤3：计算场景中物体的光谱辐出度；
[0010]步骤4：根据所述角系数和所述物体的光谱辐出度计算场景的光谱辐出度。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，步骤2包括：
[0012]21)对于场景中的某一个三角面片，将其视为目标面片，同时将场景中的其他三角面片视为源面片；
[0013]22)基于半立方体算法，采用OpenGL渲染技术将某一源面片对该目标面片的可见面积分别投影在该目标面片的中心、法线侧的半立方体上，得到当前源面片对应的若干微元面片；
[0014]23)根据立体角投影定理，通过投影面积计算出当前源面片的每个微元面片对目标面片的分角系数；
[0015]24)将当前源面片的所有微元面片对目标面片的分角系数进行累加，得到当前源面片对目标面片的角系数；
[0016]25)重复步骤22)
‑
24)，得到所有源面片对该目标面片的角系数。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在步骤23)中分角系数的计算公式为：
[0018][0019]其中，dF
12
表示源面片1的某一微元面片对目标面片2的角系数，θ1、θ2分别为两个面片中心连线与两个面片法线的夹角，r
12
为两个面片的距离，A2为目标面片2的面积。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在步骤3中计算场景中物体的光谱辐出度之前，还包括：
[0021]确定计算的谱段和谱段细分度。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，步骤3包括：
[0023]31)计算物体温度的黑体光谱自发辐射M
λbb
，计算公式如下：
[0024][0025]其中，c1表示普朗克第一辐射常数，c2表示普朗克第二辐射常数，λ表示当前光谱波长，T表示黑体绝对温度；
[0026]32)根据所述物体温度的黑体光谱自发辐射计算物体的光谱自发辐射M
λ
，计算公式如下：
[0027]M
λ
＝(1
‑
r)
·
M
λbb
[0028]其中，r为物体的光谱反射率；
[0029]33)根据所述物体的光谱自发辐射计算某一谱段上物体的光谱辐出度M
λ～λ+Δλ
，计算公式如下：
[0030][0031]其中，Δλ代表光谱细分度。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，步骤4包括：
[0033]41)根据角系数互易定理，将源面片对目标面片的角系数转换为目标面片对源面片的角系数；
[0034]42)根据目标面片对源面片的角系数计算单次反射情况下目标面片发出的光谱辐出度计算公式如下：
[0035][0036]其中，E
λ
表示目标面片的光谱自发辐射，F
21
表示目标面片2对源面片1的角系数，E'
λ
表示源面片的光谱自发辐射，r为物体的光谱反射率；
[0037]43)根据单次反射情况下目标面片发出的光谱辐出度计算两次反射情况下目标面片发出的光谱辐出度计算公式如下：
[0038][0039]其中，为源面片的直接光照光谱辐出度，且
[0040]44)迭代计算，直至场景饱和，得到n次反射情况下目标面片发出的光谱辐出度计算公式如下：
[0041][0042]其中，n≥3，代表源面片经过n
‑
1次辐射反射后的光谱辐出度，且
[0043]45)将获得的各光谱辐出度在某一谱段上积分，得到场景在当前谱段的光谱辐出度，公式表示为：
[0044][0045]其中，Δλ代表光谱细分度。
[0046]本专利技术的有益效果：
[0047]1、本专利技术通过使用辐射度算法实现了红外多辐射源耦合传输的定量计算，并能够以图像的形式输出不同谱段下场景的辐出度分布，使得算法更易于实现，且对于多辐射源场景无需进行光源和光线的大量采样，计算速率更快；
[0048]2、本专利技术通过OpenGL三维渲染引擎，基于立体角投影定理，结合半立方体(Hemi
‑
cube)算法，对场景中三角形面片相互间的角系数进行计算，大大提升了计算速率；
[0049]3、本专利技术基于物理辐射规律，从物体温度、反射率出发，计算物体的谱段自发辐射，计算结果具有较高的真实度、可信度。
[0050]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0051]图1是本专利技术实施例提供的一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法的流程示意图；
[0052]图2是本专利技术实施例提供的一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法的详细流程图。
具体实施方式
[0053]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0054]实施例一
[0055]辐射度算法是一种轻便、低时间成本且适用于红外场景的渲染技术，是计算机图形学中一种基于物理的渲染技术。该算法(渲染技术)基于辐射度学，应用于郎伯体(理想漫反射体)场景的辐射计算。算法将场景中的每一个物体皆视为光源，根据其与其他物体的几何关系和自身辐射特性进行多次反射计算其获得的辐照度。该辐照度与物体本身的辐射相加便获得了物体的总体辐出度。这种算法是完全基于物理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，其特征在于，包括：步骤1：获取三维场景信息，并将所述场景划分为若干三角面片；步骤2：计算各三角面片之间的角系数；步骤3：计算场景中物体的光谱辐出度；步骤4：根据所述角系数和所述物体的光谱辐出度计算场景的光谱辐出度。2.根据权利要求1所述的红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，其特征在于，步骤2包括：21)对于场景中的某一个三角面片，将其视为目标面片，同时将场景中的其他三角面片视为源面片；22)基于半立方体算法，采用OpenGL渲染技术将某一源面片对该目标面片的可见面积分别投影在该目标面片的中心、法线侧的半立方体上，得到当前源面片对应的若干微元面片；23)根据立体角投影定理，通过投影面积计算出当前源面片的每个微元面片对目标面片的分角系数；24)将当前源面片的所有微元面片对目标面片的分角系数进行累加，得到当前源面片对目标面片的角系数；25)重复步骤22)
‑
24)，得到所有源面片对该目标面片的角系数。3.根据权利要求2所述的红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，其特征在于，在步骤23)中分角系数的计算公式为：其中，dF
12
表示源面片1的某一微元面片对目标面片2的角系数，θ1、θ2分别为两个面片中心连线与两个面片法线的夹角，r
12
为两个面片的距离，A2为目标面片2的面积。4.根据权利要求1所述的红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，其特征在于，在步骤3中计算场景中物体的光谱辐出度之前，还包括：确定计算的谱段和谱段细分度。5.根据权利要求1所述的红外多辐射源耦合传输的定量计算方法，其特征在于，步骤3包括：31)计算物体温度的黑体光谱自发辐射M
λ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鑫，丁国鹏，徐陈铭，马向超，黄曦，张建奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：