使用Vega传感器模块进行红外图像仿真

　　针对红外图像获取耗时长，费用高，受成像条件影响严重，红外成像仿真研究在靶场目标探测识，对抗装备效能评估受到了研究人员的重视和关注。目前红外成像仿真主要有两类研究方法[1-3]，一类是基于物理模型的研究方法，即综合考虑目标背景的材质、大气影响、太阳辐射等因素，计算出目标表面的等温分布图，通过辐射计算和辐射映射来实现。一类是图像输入的研究方法，即利用实际的真实图像进行分类，利用已经建立的红外基元数据库来确定图像中目标的温度，进而输出红外场景图像。前一种方法计算量较大，不符合物体的某些实际结构特点，对表面形状复杂的目标无法精确表示，红外成像效果尚不够理想。而后一种方法已经有了成熟的仿真软件，研发成本低，开发周期短，成像效果较好，便于工程应用。因此本文采用后一种方法利用 Vega 软件对空中目标进行红外成像仿真。

　　1 红外成像仿真系统设计

　　红外成像仿真是根据目标的红外辐射特性，采用合适的数学模型，用计算机计算出红外目标的红外辐射分布;然后按照目标与视点间的大气条件，利用大气传输模型计算目标红外辐射分布经过大气到达视点过程中的衰减;最后模拟红外探测器特性，计算探测器成像面元对应像素的辐射度，再通过量化等手段，将辐射数据转换为亮度来显示的一种技术。

　　红外成像仿真系统设计首先要进行场景建模，这是红外仿真的基础，包括红外模型，大气模型，红外材质模型和背景辐射模型等，然后利用 VEGE平台渲染和驱动模型，使所有的模型在场景中能够实时渲染驱动，最后进行用户的功能设计，完成红外图像的生成。其建立流程图如图 1 所示。

　　2 利用 Vega 传感器模块进行红外图像仿真

　　2.1 目标的辐射特性建模

　　物体表面每个面元的辐射值是下述所有辐射的综合，即感知的辐射值为

　　在式(2)中表示太阳或月亮入射到物体表面的辐射量， 表示入射到物体表面的辐射角， 表示物体表面的漫反射系数， 表示物体表面到传感器之间的大气传输系数， 物体对辐射的反射角，表示镜面反射的归一化系数。式(3)中表示天空背景入射到物体表面的辐射量，式(4)中

　　2.2 红外材质建模

　　为了红外成像仿真的需要，目标和背景的几何模型建成后，要为模型映射相对应的纹理材质。由于物体的材质属性直接影响其红外辐射特性，这一步对红外成像仿真工作很重要。TMM(TextureMa-terial Mapper)是 Vega 中用来将 Creator 三维模型可见光纹理转换至材质的辐射纹理的工具，它提供了一种方法用来生成从 Vega 提供的对象纹理到材质的映射。TMM提供了 10 大类 172 种材质，并且可以创建新的材质数据，每种材质都有相应的光谱特性库和热特性库。TMM通过设定Creator模型文件纹理和目标材质的映射，从而确定模型中物体的真实材质。TMM软件计算得到的结果为后缀.tmm的文件，Sensor Vision 模块在仿真过程中将使用这个映射结果进行目标辐射纹理渲染。