成像仿真

摘要： 通过气辉成像仪对电离层气辉进行探测,能够反映电离层中电子总含量、等离子体泡分布等特性,是有效的电离层探测方式之一。电离层的原子分子在白天吸收太阳辐射激发到较高能态,在夜间以气辉的形式将能量辐射出去,辐射强度与所参与反应的电离层成分密度等密切相关,因此气辉是用来观测电离层很好的示踪物。天基气辉成像方法具有全球范围观测的巨大优势,为了推动天基成像仪的设计研制和参数优化,丰富和扩展电离层探测手段,需要对全球气辉强度进行成像仿真分析。该研究主要工作:(1)分析了电离层夜间630 nm光化反应过程,设计了一种气辉成像仿真分析方法,该方法对630 nm辐射强度进行计算,分别获得了太阳活动高年和低年内四个不同季节的气辉单光谱信号源强度分布,为设定探测指标提供理论依据;(2)开展了630 nm气辉天底成像仿真研究,包括成像链路分析、信噪比分析,并使用一个时间延时积分成像的典型成像仪参数,开展结合卫星运行轨道的扫描成像仿真。本文主要结论:(1)夜间630 nm单光谱气辉强度与日间太阳辐射强度关系密切,太阳活动高年夜半球平均辐射强度为115 Rayleigh,太阳活动低年夜半球平均辐射强度为50 Rayleigh,辐射大小和分布符合卫星载荷GLO-1和国际空间站IMAP任务的实际观测结果;(2)典型参数成像仪天底观测幅宽达到245 km,气辉水平分辨率达到1 km,对强度大于50 Rayleigh气辉成像的信噪比优于10,在太阳活动高年能够清晰观测电离层气辉全球尺度结构,在太阳活动低年能够观测低纬地区电离层气辉结构。该研究结果可为天基电离层气辉成像探测提供理论依据,也可为其他辐射波段的气辉观测和成像仪参数设计优化提供参考。

摘要： 针对典型工作模式下舰船目标SAR(synthetica perture radar)成像仿真应用,建立了条带模式、聚束模式、扫描模式下电磁信号发射与回波传输模型。基于面元法将舰船目标三维模型划分为多个三角形面元,利用弹跳射线法计算舰船目标各面元的一次散射和多次散射,仿真SAR回波信号。采用距离多普勒成像算法消除回波混叠,得到SAR仿真图像。最后,对舰船目标进行多成像模式、多成像角度的仿真实验,并将仿真图像和哨兵一号A星的实测图像进行对比。仿真结果表明,提出的方法能仿真较为真实的舰船目标SAR图像。

摘要： 针对卫星发射前在轨数据缺乏导致的无法进行成像质量评估、链路分析及几何处理算法验证等问题,提出了一种基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法。首先根据光学系统结构及成像特点,构建了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型;然后,基于姿轨仿真数据、DOM和DEM辅助数据,通过光线追迹及重投影算法实现了像元视矢量的空间投影及成像仿真;最后,提出了基于“广义”修正矩阵的几何检校方法,通过修正定位模型提高了仿真影像定位精度。实验结果表明,该方法可实现长线列摆扫式热像仪任意轨道位置的几何成像仿真,检校后仿真影像定位精度优于2个像元。该研究为空间光学载荷在轨几何成像仿真提供了新思路,对成像链路误差源分析、几何定位及检校方法研究具有重要意义。

摘要： 随着红外成像技术的发展和应用,红外系统成像仿真及验证技术越来越受到重视。现有仿真模型验证方法没有考虑到人眼视觉的影响,可能导致严重后果,为了解决这一问题,提出了基于识别距离的红外系统成像仿真模型验证方法。以识别距离作为红外系统成像仿真模型的准确度评价因子,考评仿真图像与实测图像在灰度分布、信噪比、分辨率、成像大小、人眼视觉等方面的综合差异。

摘要： 为解决传统偏振双向反射分布函数计算复杂、渲染实时性差的问题,基于微平面理论,提出一种更快速的偏振双向反射分布函数模型,并完成全链路的成像仿真。依据P-M海浪谱生成海面,设计了适用于偏振仿真的三维数据存储结构,讨论了探测器接收到的有效辐射并建立辐射控制方程,提出用宏观面元法向与探测方向中间向量代表微观面元平均取向的假设,改进传统P-G偏振双向反射分布函数模型。建立了海面与舰船的定向半球偏振反射率与发射率模型,最后对探测器进行建模,生成海面与舰船的图像,计算出偏振度图像,并与相近条件下获取的实拍图像进行了对比。结果表明,基于该仿真模型得到的仿真图像,与相近条件下获取的实测图像有良好的匹配度,证明了模型的准确性。

摘要： 依托电子科技大学光电信息技术国家级虚拟仿真实验平台,设计了“红外目标成像仿真与处理集成验证”实验教学案例。该案例为线上线下混合式实验教学课程,线上部分搭建真实直观的实验环境,再现红外目标成像仿真及处理等过程,线下部分主要包括利用红外相机进行图像采集、校正等实际操作。

摘要： 目前相机成像仿真研究存在成像模型少、覆盖不全的问题,难以满足相机在复杂观测条件下的仿真需求.因此提出一种基于卫星工具包(Satellite Tool Kit,STK)与开源场景图形(Open Scene Graph,OSG)相结合的空间光学相机成像仿真方案.使用STK建立被观测目标与相机的轨道参数,通过数据导入,创建被观测目标表面二维、三维景物信息;通过对多种影响模型分析研究,在OSG中创建影响模型,实现相机在复杂观测条件下的成像过程仿真;利用分布式技术设计系统结构,分模块完成整个仿真系统的开发.实验结果表明,该系统能为空间光学相机在复杂条件影响下的成像过程提供一个良好的仿真环境,为空间光学相机的设计、优化提供有力的数据支持.

摘要： 基于天基红外预警系统对中段弹道导弹的探测机理,综合考虑太空环境中各辐射源对目标的辐射作用,计算了各个辐射源在目标表面产生的辐射照度以及目标自身的辐射.以此为基础,建立了导弹目标自身辐射模型.基于此辐射模型,对导弹中段成像特征进行实时仿真.结果表明,该方法对于不同辐射条件下的目标成像特征仿真效果良好,实时性也达到要求.

摘要： 激光光斑在目标上的时空分布特性研究是进行激光作用效果分析的重要环节之一.设计了一种利用成像仿真方法确认激光光斑在目标上的空间分布的方法.该方法首先对激光光束、目标进行建模,然后根据激光光束特性确定概略的成像视场角,利用投影坐标变换、投影面可见性判断、投影面取边、投影点索引计算以及像素填充等成像过程仿真方法确定激光作用区域的光斑分布情况.该方法与场景的动态设置一起,可用于确认激光光斑在目标上的时空分布特性,为激光作用效果分析研究提供重要支撑.

摘要： 本文针对光学成像仿真实时性要求，提出一种基于物理模型的摄像机仿真方法，该方法利用图形库函数仿真光学相机参数，基于OpenGL 小孔成像模型，结合图形学中的渲染到纹理技术及图形硬件编程技术，仿真得到深空天体序列图，并实现了高斯模糊、拖尾、噪声、几何畸变、运动模糊等光学相机的物理效果，经过实验，证明仿真算法达到实时渲染的要求。

摘要： 本文提出了一种快速雷达成像仿真方法,这种成像仿真方法对计算量要求小,可以用于真波束,条带式SAR,聚束式SAR等模式实时仿真.

摘要： 为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真.结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法.首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真.并仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义.

摘要： 防空导弹面临着反弹道导弹、反隐身目标、反超低空目标的急迫需求,并要提升抗干扰能力,这对防空导弹引信提出了更高的要求.首先,太赫兹引信相对微波引信在满足上述需求方面具有明显优势;其次,设计了ISAR太赫兹引信;最后,进行了太赫兹成像引信的成像仿真,也指出了太赫兹在防空导弹引信应用的难点.

摘要： 近年来,随着高分辨率雷达卫星遥感技术和中尺度数值预报模式的发展,海气边界层现象的研究有了快速突破,遥感与模式结合分析海气边界层现象动力机制成为当前研究的热点领域.本文将对近年来SAR卫星观测到的大气重力波和锢囚锋等典型边界层过程进行实例研究,同时利用中尺度业务化气象预报模式以及雷达海面成像仿真模型对上述现象进行模拟.建立最优化数值模式行星边界层参数化方案和典型边界层现象的雷达仿真方案,并揭示典型边界层现象发生发展灭亡的内在规律.研究成果可为海洋参量遥感定量反演算法研发、中尺度数值天气预报模式优化和雷达载荷技术参数设计提供理论支撑.

摘要： 建立了海上航母高精度三维几何模型，采用步进频率雷达波探测，基于物理光学(PO)双次反弹的高频方法结合增量长度绕射系数(ILDC)理论预估复合目标的宽带后向散射场，运用粗糙面理论剔除雷达回波数据中的海杂波成分然后作离散傅里叶逆变换，得到高分辨率距离像(HRRP)和二维聚束合成孔径雷达(SAR)成像。采用射线理论分析了海上目标的电磁散射特性及耦合成像机理，验证了仿真结果的有效性。

摘要： 利用弹射线理论计算了圆柱腔体的雷达散射截面,将弹射线理论与距离多普勒算法结合,以射线的观点模拟雷达回波,代替了传统的利用散射系数分布的回波生成方法.精确仿真了圆柱腔的SAR图像;同时,根据电磁波原理和成像机理从方位向和距离向两个角度分析和解释了圆柱内腔雷达图像的分布式散射特征.分析结果论证了将弹射线方法与距离多普勒算法相结合的分析方法在圆柱腔SAR图像特征的分析中的有效性。

摘要： 地基光电系统在空间监视中扮演了十分重要的角色,因此,研究地基光电系统对空间目标的成像仿真有着十分重要的意义。根据线性滤波理论,对系统的各个组成单元的调制传递函数进行分析;从相位屏理论出发来考虑大气系统的调制传递函数求出整个系统的传递函数,建立了系统的物理模型。

摘要： SAR回波仿真在SAR系统设计及验证成像算法上具有十分重要的意义.利用传统的时域方法模拟回波,精度较高但耗时时间长,仿真速度慢.本文主要研究了一种改进的同心圆算法在SAR场景回波模拟上的应用,该方法的基本思路是将产生的雷达回波信号视为基带线性调频信号与具有一定幅度、相位、延迟调制的脉冲响应函数的卷积结果.实验结果表明该算法在模拟回波的速度上比时域方法有明显的提高,成像精度也较高.

摘要： SAR回波仿真在SAR系统设计及验证成像算法上具有十分重要的意义.利用传统的时域方法模拟回波,精度较高但耗时时间长,仿真速度慢.本文主要研究了一种改进的同心圆算法在SAR场景回波模拟上的应用,该方法的基本思路是将产生的雷达回波信号视为基带线性调频信号与具有一定幅度、相位、延迟调制的脉冲响应函数的卷积结果.实验结果表明该算法在模拟回波的速度上比时域方法有明显的提高,成像精度也较高.

摘要： 本申请提供了一种伽玛相机成像测试仿真系统及成像测试方法，仿真系统包括：放射源、编码板、准直器、探测器收集面和图像重建模块，编码板和探测器收集面设置于准直器内；放射源向编码板发射伽玛射线，以通过编码板直射到探测器收集面，并在探测器收集面上形成投影图像，以使图像重建模块进行图像重建，输出成像结果，用户根据成像结果与放射源的实际图像的比对结果调整成像参数，再进行仿真测试，实现在不同的成像参数下的成像测试过程。进而可以确定出最佳的成像参数，基于最佳的成像参数制作真实的编码板进行验证，并对图像重建算法模块进行测试和完善，这种方式可以降低编码板开发、测试成本，缩短伽玛相机项目周期。

摘要： 本发明公开了一种基于沉浸式人机交互仿真系统的潜望镜仿真成像方法，包括如下步骤：步骤1：构建三维图像渲染模块，实现虚拟装甲装备环境的构建；步骤2：依托空间定位技术构建激光定位空间结构；步骤3：在虚拟空间内的装甲装备外部放置虚拟相机作为潜望镜渲染输入，虚拟相机接收空间定位模块传入的定位数据结合自身的参数来完成对于潜望镜从不同角度观察的视景的取景；步骤4：依托光学成像技术以及图像识别技术将虚拟相机的图像以像素映射的方式传入至潜望镜内完成成像。本发明实现了装甲装备内潜望镜视景的立体成像，扩大了潜望镜所能观测到的视野范围，提高了模拟的真实性，极大地增强了训练的沉浸感，提高了训练的真实性和效果。

摘要： 本发明公开了一种双侧SAR卫星成像形态仿真、动态仿真方法及系统，先根据给出的SAR卫星的传感器参数判断SAR卫星的具体成像形态种类，具体包括：计算出f(x,y)＝a1+a2*x+a3*y+a4*x2+a5*x*x，其中x取值为tan(minimum elevation)时计算f(x,y)所得到的值为f1，x取值为tan(maximum elevation)时计算f(x,y)所得到的值为f2，再根据tan(forward exclusion)与f2、f1的大小关系确定图像形态；最后根据判断得到的双侧SAR卫星成像形态的种类，对不同的种类的图像形态进行不同的模拟。本发明能够有效对双侧SAR卫星扫描区域的成像形态进行仿真，仿真效果好，响应速度快。

摘要： 本发明公开了一种单侧SAR卫星成像形态仿真、动态仿真方法及系统，先确定单侧SAR卫星的扇环位置，其次根据最小时钟角和最大时钟角分别计算出内圆和外圆的边界，并在该边界内部分别均匀取出N个点，组成一个2N边形，以此作为扇环；其中N为大于或者等于3的正整数，然后将这2N点分别与卫星所在坐标点从卫星观察坐标系变换到地心坐标系，转换后将这2N个点与的连线与地球模型进行求交得到地面点的坐标集合，再在求得的地面点坐标集合中将相邻两点分别取出来与卫星所在的坐标点形成三角面，最后绘制出这些三角面的组合即得到单侧SAR卫星的三维形态仿真。本发明能够有效对单侧SAR卫星扫描区域的成像形态进行仿真，仿真效果好，响应速度快。

摘要： 本申请提供了一种伽玛相机成像测试仿真系统及成像测试方法，仿真系统包括：放射源、编码板、准直器、探测器收集面和图像重建模块，编码板和探测器收集面设置于准直器内；放射源向编码板发射伽玛射线，以通过编码板直射到探测器收集面，并在探测器收集面上形成投影图像，以使图像重建模块进行图像重建，输出成像结果，用户根据成像结果与放射源的实际图像的比对结果调整成像参数，再进行仿真测试，实现在不同的成像参数下的成像测试过程。进而可以确定出最佳的成像参数，基于最佳的成像参数制作真实的编码板进行验证，并对图像重建算法模块进行测试和完善，这种方式可以降低编码板开发、测试成本，缩短伽玛相机项目周期。

摘要： 本发明公开了一种基于沉浸式人机交互仿真系统的潜望镜仿真成像方法，包括如下步骤：步骤1：构建三维图像渲染模块，实现虚拟装甲装备环境的构建；步骤2：依托空间定位技术构建激光定位空间结构；步骤3：在虚拟空间内的装甲装备外部放置虚拟相机作为潜望镜渲染输入，虚拟相机接收空间定位模块传入的定位数据结合自身的参数来完成对于潜望镜从不同角度观察的视景的取景；步骤4：依托光学成像技术以及图像识别技术将虚拟相机的图像以像素映射的方式传入至潜望镜内完成成像。本发明实现了装甲装备内潜望镜视景的立体成像，扩大了潜望镜所能观测到的视野范围，提高了模拟的真实性，极大地增强了训练的沉浸感，提高了训练的真实性和效果。

摘要： 本发明公开了一种时空调制干涉成像光谱仪的运动成像仿真方法及装置，其中，方法包括：将光谱数据立方体的位置作为物面光谱网格位置，并基于共线条件方程获取物面光谱网格位置在瞬时成像时刻所对应的成像面上的变形的像面光谱网格位置；基于傅里叶光谱学理论由光谱数据立方体的光谱数据获取瞬时像面位置对应的干涉强度信息；利用基于Sutherland‑Hodgman算法的面积配比算法对像面光谱网格位置和干涉强度信息进行重采样，以得到探测器标准网格位置处的干涉强度值，进而获取单帧推扫干涉图像；改变瞬时成像时刻的姿态参数和位置参数，以获取推扫干涉图像序列。该方法仿真度高、可广泛应用。

摘要： 本发明一种交会对接逼近段成像敏感器的非目标成像仿真方法，适用于针孔模型的光学系统的杂散光分析。该方法在应用迭代算法前，须导入具有分组属性的表面数据并预先计算每个待切分面元的切分信息；在迭代算法中，采用了双线程架构，并设计了包含BRDF模型输入输出结果和互遮挡控制代码的结构化面元数据，一个线程利用迭代细分算法产生这种面元数据，另一个线程以之为输入并基于辐射几何得到单个像元接收的辐照度。另外，针对杂散光计算时微面元的互遮挡问题，提出了具体可行的伪投影成像算法。本发明方法模拟的仿真图像可给出非目标成像细节，利用人眼能够直接辨认，而现有的杂散光分析软件尚未能实现这一点。

摘要： 本发明公开了一种时空调制干涉成像光谱仪的运动成像仿真方法及装置，其中，方法包括：将光谱数据立方体的位置作为物面光谱网格位置，并基于共线条件方程获取物面光谱网格位置在瞬时成像时刻所对应的成像面上的变形的像面光谱网格位置；基于傅里叶光谱学理论由光谱数据立方体的光谱数据获取瞬时像面位置对应的干涉强度信息；利用基于Sutherland‑Hodgman算法的面积配比算法对像面光谱网格位置和干涉强度信息进行重采样，以得到探测器标准网格位置处的干涉强度值，进而获取单帧推扫干涉图像；改变瞬时成像时刻的姿态参数和位置参数，以获取推扫干涉图像序列。该方法仿真度高、可广泛应用。

摘要： 本发明一种交会对接逼近段成像敏感器的非目标成像仿真方法，适用于针孔模型的光学系统的杂散光分析。该方法在应用迭代算法前，须导入具有分组属性的表面数据并预先计算每个待切分面元的切分信息；在迭代算法中，采用了双线程架构，并设计了包含BRDF模型输入输出结果和互遮挡控制代码的结构化面元数据，一个线程利用迭代细分算法产生这种面元数据，另一个线程以之为输入并基于辐射几何得到单个像元接收的辐照度。另外，针对杂散光计算时微面元的互遮挡问题，提出了具体可行的伪投影成像算法。本发明方法模拟的仿真图像可给出非目标成像细节，利用人眼能够直接辨认，而现有的杂散光分析软件尚未能实现这一点。