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红外多光谱图像仿真研究

作　者: 陈云
导　师: 田岩
学　校: 华中科技大学
专　业: 空间信息科学与技术
关键词: 红外图像仿真红外多光谱 Vega 温度场 ANSYS Open Flight
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

红外多光谱图像仿真是现代红外科技领域的关键技术之一,它结合了红外物理学、传热学、计算机图形学和虚拟现实等多项技术,为红外多光谱成像系统及相关应用提供了一个逼真模拟平台。本文的主要研究工作是对通过熟悉红外多光谱图像仿真一般流程,并具体针对基于Vega平台的红外仿真进行改进。传统Vega红外仿真方法中物体温度是基于一维热导方程,与真实物理过程相差较大。本文提出的基于Vega与ANSYS的红外多光谱图像仿真采用三维热导方程,使得红外仿真结果更加逼近真实情况。本文提出了两种基于Vega平台红外多光谱图像仿真方法,均能得到不同季节、天气、时间等不同成像条件下的红外多光谱图像。本文首先介绍了红外辐射在大气中的传输特性,分析了不同大气成分对不同波段红外辐射传输的影响,并给出了相应的计算公式来定量计算大气对红外辐射衰减,本文是通过MAT设定相应成像条件条件来计算得到大气数据。接着论述了红外多光谱图像仿真中几个重要环节实现过程,主要利用Vega平台进行红外多光谱图像仿真,这是一种便捷手段。文中简单介绍了Vega平台、Pro/Engineer进行目标建模和MultiGen Creator背景建模过程,讨论了一般温度场模型以及求解方法和如何利用ANSYS进行温度场有限元分析,给出了红外多光谱传感器系统仿真框架和实现方法。最后本文详细描述了两种基于Vega平台的红外多光谱图像仿真方法:一种是直接利用可见光图像将其转为8~12μm内四个子波段红外图像,这种方法具有高效特点,避免了复杂的三维建模工作;另外一种是分别通过Pro/Engineer进行目标建模和MultiGen Creator背景建模来完成场景模型建立,借助ANSYS有限元分析软件对目标的温度场进行计算,然后通过OpenFlight API格式转换导入到Vega平台中进行红外多光谱图像仿真,最后通过对比实验说明该方法更接近物理过程。在本文的最后,作者总结了全文的研究工作,并提出了本课题后续存在的关键技术问题,指出了下一步工作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 红外成像仿真原理  10-11
  1.3 红外成像仿真研究概况  11-13
  1.4 本论文主要工作  13-14
2 红外辐射在大气中的传输特性  14-26
  2.1 大气构成  14-16
  2.2 红外辐射与地球大气的相互作用  16-23
  2.3 影响红外辐射传播的气象条件  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 红外多光谱图像仿真方法  26-38
  3.1 Vega 简介  26-28
  3.2 场景几何建模  28-32
  3.3 温度场模型及其数值求解方法  32-37
  3.4 红外多光谱传感器系统仿真  37
  3.5 本章小结  37-38
4 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真  38-47
  4.1 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真流程说明  38-39
  4.2 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真实例  39-44
  4.3 基于Vega 平台的可见光图像转红外多光谱图像仿真结果及分析  44-46
  4.4 本章小结  46-47
5 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真  47-55
  5.1 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真流程说明  47-48
  5.2 基于Vega 与ANSYS 的红外多光谱图像仿真实例  48-52
  5.3 仿真结果及分析  52-54
  5.4 本章小结  54-55
6 结论与展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

红外多光谱图像仿真研究

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