[发明专利]基于辐射能量特性和光谱特性的紫外场景仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于场景仿真技术领域，尤其涉及基于辐射能量特性和光谱特性的紫外场景仿真方法及系统。

背景技术

军用紫外探测技术拓展了军事上可利用的电磁频谱范围，已广泛应用于紫外告警、预警、通信及成像辅助导航、侦察、制导等领域，与红外和可见光探测相比具有工作环境简单、无需制冷、背景干净等优势。在紫外武器装备的生产和研制过程中，紫外探测系统进行仿真测试与性能评估都需要大量的紫外场景。外场实验是紫外军事装备性能测试的最直接、最接近实战的方案，但是对测试设备、条件和环境都有很高要求，并且需要巨大的经费支持，有时具有一定的破坏力，因此有必要开展紫外场景仿真方法研究。

目前常用的方法主要由两种：第一种是采用远场紫外导弹模拟源，通过对出射光束的控制，产生与导弹发射时具有相似光谱、强度等特征的羽烟的紫外辐射，这种测试方法每种模拟源只能针对特定型号的导弹；第二种是采用目标阵列模拟器，由多个车载液体丙烷焰源通过一定形式的开启顺序来模拟导弹特征，向被测设备提供导弹威胁激励信号，这种测试方法结构复杂，价格昂贵，且无法模拟复杂场景。

目前紫外场景仿真主要是基于计算机控制的紫外辐射源，如远场紫外模源和目标阵列模拟器等，按照辐射曲线来调制光强，在时间和空间上逼真模拟导弹及虚警源等强度特征、时间特性和空间特性，从而模拟导弹的发射、助推及逼近的过程。这种基于辐射强度的紫外仿真，只能仿真简单的紫外场景、光谱信息不足，且信噪比比较低，不能满足紫外装备的仿真测试及技战术性能验证。

目前现有技术存在的问题是仿真的紫外场景目标比较简单，只能仿真导弹、虚警源等紫外目标，且每次只能在光谱和辐射强度方面仿真单一目标，不具备复杂背景的合成功能，且仿真动态目标场景比较复杂、困难，成本太高且效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供基于辐射能量特性和光谱特性的紫外场景仿真方法及系统，旨在解决基于辐射强度的紫外仿真只能仿真简单的紫外场景、光谱信息不足，且信噪比比较低，不能满足紫外装备的仿真测试及技战术性能验证的问题。

本发明是这样实现的，基于辐射能量特性和光谱特性的紫外场景仿真方法，其中，所述紫外场景仿真方法包括以下步骤：

步骤A：创建目标和背景的红外场景仿真模型;

步骤B：根据辐射能量特性和光谱特性，推算仿真的目标和背景模型中每个像素对应的辐射温度值，反演出目标场景的紫外仿真图像；

步骤C：对反演的紫外仿真图像进行图像增强处理，从而最终获得实用的紫外场景仿真图像。

进一步地，所述步骤A包括以下步骤：

步骤A1:通过可视化三维建模软件用多个三角形面元建立物体的外观轮廓；

步骤A2:对所述每个三角形面元添加纹理和材质，进行渲染着色；

步骤A3：读取所述纹理和材质的映射文件和大气文件，根据辐射能量特性和光谱特性，利用辐射度计算公式计算场景中的红外辐射强度，并将辐射强度量化为灰度值，从而生成红外谱段动态场景仿真辐射图像。

进一步地，所述步骤B包括以下步骤：

步骤B1：利用红外热像的灰度与辐射出射度的关系，结合普朗克黑体辐射公式，利用最小二乘拟合法拟合出辐射出射度与温度的关系；

步骤B2：根据所述辐射出射度与温度的关系，利用艾肯特加速不动点迭代法推算出目标场景图像中每个像素对应的辐射温度值；

步骤B3：根据所述的每个像素对应的辐射温度值，用普朗克公式其中，c₁=3.741832×10⁴W·cm^-2·μm⁴为第一辐射常数,c₂=1.438786×10⁴μm·K为第二辐射常数，T为目标的温度，计算目标场景在紫外谱段的辐射出射度值；

步骤B4：根据公式M(i,j)＝I(i,j)(M_max-M_min)/255+M_min进行辐射值的灰度量化，其中，M_min和M_max分别为红外图像中最高温度T_max和最低温度T_min对应的辐射出射度，I(i,j)为红外图像的灰度值。

进一步地，步骤C中所述图像增强处理包括以下步骤：

步骤C1：对初始紫外仿真图像进行灰度归一化处理；

步骤C2：采用基于直方图分段变化的图像非线性增强方法对所述灰度归一化的紫外仿真图像进行图像增强；