一种从图到图的卫星红外成像仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种从图到图的卫星红外成像仿真方法，包括以下步骤：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种从图到图的卫星红外成像仿真方法


[0001]本专利技术涉及场景仿真中的红外图像成像仿真领域，特别是一种从图到图卫星红外成像仿真方法
。

技术介绍

[0002]红外成像仿真技术是指在计算机上借助于三维引擎进行虚拟场景构建
、
辐射能量计算
、
成像过程模拟来生成符合物理规律的红外图像的技术
。
红外成像在火灾监测，农作物估产等领域应用广泛，但其成像质量受场景中辐射波段
、
气象环境和传感器的硬件参数等因素的影响，要完成在不同因素下的测试成像质量将会消耗不小的人力物力资源，利用对获取到的卫星图像进行成像仿真可以有效的节约人力物力成本
。
[0003]近些年，关于红外成像仿真多以研究如何更好的建模场景为主要目的
。
这种方法需要对目标的几何信息有更为细致的建模过程，并且需要考虑不同部位的材料的特性，从而会大幅增加仿真所需要的时间复杂度
。
对于一些特定领域的卫星场景建模过程会大大降低实际应用中的实时性要求
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有红外仿真所存在的问题，针对卫星任务要求
、
载荷特性及整星工作模式，本专利技术开展目标特性
、
成像质量仿真分析和几何定标算法研究，支撑整星设计
、
指标确认工作
。
针对卫星应用，进行探测性能提升方法研究工作
。
本专利技术提出了一种从图到图的卫星红外成像仿真方法
。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种从图到图的卫星红外成像仿真方法，包括以下步骤：
[0006]步骤
1、
根据卫星图像的相关参数计算不同目标的综合发射率；
[0007]步骤
2、
根据获取到的发射率以及给定的探测器参数，计算探测器入瞳能量；
[0008]步骤
3、
构建探测器的信号模型
、
噪声模型以及调制传递函数模型，对卫星图像进行仿真
。
[0009]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术基于采集到的红外图像直接进行仿真，具有更高效的优点，可以满足实际应用中的实时性要求
。
同时，由于计算的是综合平均发射率，无需进行复杂的几何建模即可仿真绝大多数常见目标，因此本专利技术在各个领域具有更为广泛的应用
。
附图说明
[0010]图1为本专利技术设计流程图
。
[0011]图2为本专利技术算法流程图
。
[0012]图3为入瞳辐亮度仿真流程图
。
[0013]图4为
MTF
模型仿真流程图
。
[0014]图5为卫星红外图像仿真实施例
。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明
。
[0016]本专利技术一种从图到图的卫星红外成像仿真方法，结合图
1、
图2，首先，对红外图像中的各个目标的红外特性进行研究，通过获取的经纬度与日期信息计算相应的角度信息；然后根据查找到的常见地物发射率计算输入分割后的红外图像每个像素单元的综合平均发射率
。
其次，利用有效描述目标表面反射特性的双向反射分布函数计算探测器的红外入瞳能量，该能量包括两个部分：目标反射背景红外辐射和自身发射红外辐射
。
然后，将平台与遥感器一体化问题研究，该部分包括对探测器电路的信号模型
、
噪声模型以及调制传递函数的构建
。
通过构建这些模型获取原始数字图像的空间频谱，利用此频谱与同频域物理量的调制传递函数相乘，通过逆傅立叶变换得到最终的退化图像
。
最后通过调制传递函数法与信号噪声比来评估仿真后的红外图像效果
。
[0017]步骤
1、
计算不同目标的综合发射率：
[0018]对地观测的目的就是要了解掌握地面物体的情况，而不同的物体都有其吸收
、
反射光谱的特性，有时这种区别的差异会很大
(
如土地和水体等
)。
本专利技术目的是希望根据卫星的静地特性，分析当前像幅内的地物
。
输入是光学系统量化参数，输出是基于景物或地形的光信息
。
[0019]相机成像中地物通过其光谱特性辐射能量，本专利技术主要针对中远红外波段地物目标
。
根据输入的参数
(
经纬度及日期
)
计算相应的角度信息；根据查找到的常见地物发射率计算输入分割图像每个像素单元的综合平均发射率
。
[0020]红外成像仿真中地物根据其光谱特性结合不同温度带来不同的电磁波能量变化，针对中远红外波段
(3
‑
14
μ
m)
展开研究
。
[0021]目标发射的电磁波的能力并不仅仅是由温度决定的，同时还由目标的发射率决定，一个目标的发射率受到材料本身
、
表面状态
、
反射率以及不透明度影响
。
发射率是指在某一特定温度下物体发射出的电磁波与理论上在没有损失时的完全值的比例，即一个物体实际发射的电磁波与其理论值的比例
。
这一值介于
0 和1之间
。
发射率如果能够达到理论上没有损失的完全值，则称之为黑体
。
黑体是一个完美的发射器，理论上可以发射
100
％电磁波，所以它的发射率值为
1.0。
而一个物体如果发射出
60
％的电磁波，则称其发射率值为
0.6。
[0022]通常情况下，红外能表现为三种形式，即发射
、
穿透和吸收
。
[0023]反射率
+
穿透率
+
吸收率＝
100
％
ꢀꢀꢀ
(1)
[0024]如果目标不是透明的，则其穿透率为0，公式
(1)
则变为：
[0025]反射率
+
吸收率＝
100
％
ꢀꢀꢀ
(2)
[0026]如果目标吸收红外能，它的温度会上升
。
当物体处于等温状态时，它发射出的能量和吸收的能量是相同的
。
因此，吸收率＝发射率
。
以上公式可以表示为：
[0027]发射率＝
100
％
‑
反射率
ꢀꢀꢀ
(3)
[0028]因此对于不透明的物体，发射率是反射率的倒数
。
然而，大多数材料的发射率值是不固定的
。
被测材料本身是表面发射率的最重要因素，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种从图到图的卫星红外成像仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤
1、
根据卫星图像的相关参数计算不同目标的综合发射率；步骤
2、
根据获取到的发射率以及给定的探测器参数，计算探测器入瞳能量；步骤
3、
构建探测器的信号模型
、
噪声模型以及调制传递函数模型，对卫星图像进行仿真
。2.
如权利要求1所述的从图到图的卫星红外成像仿真方法，其特征在于：所述步骤1卫星图像的相关参数包括卫星图像的波长
、
经纬度以及拍摄日期；对中远红外波段的红外图像进行目标分割，并且根据经纬度以及日期信息计算卫星图像的角度信息；然后根据查找到的常见地物发射率计算输入分割图像每个像素单元的综合平均发射率
。3.
如权利要求1所述的从图到图的卫星红外成像仿真方法，其特征在于，所述步骤2中计算探测器入瞳能量的方法为：通过目标的结构特性
、
表面温度
、
平均发射率以及探测器的技术参数，利用有效描述目标表面反射特性的双向反射分布函数计算目标反射背景红外辐射与自身发射红外辐射，然后通过将二者传输到探测器入瞳处的能量相叠加，计算得到探测器入瞳能量；该步骤利用
Modtran
模型来计算
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙权森，丁宗元，张蕊，李天豪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：