本發(fā)明涉及一種紅外目標(biāo)成像技術(shù)，特別是一種基于ANSYS和PCModWin的紅外目標(biāo)輻射場(chǎng)計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

紅外成像系統(tǒng)仿真中，計(jì)算到達(dá)紅外探測(cè)器的輻射亮度分布，涉及以下幾個(gè)步驟：(1)由目標(biāo)的物理特征計(jì)算目標(biāo)的紅外輻射分布，即目標(biāo)零視距紅外輻射模型；(2)由太陽(yáng)、天空、地面輻射理論模型，計(jì)算入射到目標(biāo)表面的背景輻射，即背景紅外輻射模型；(3)按照目標(biāo)與視點(diǎn)間的大氣條件，計(jì)算目標(biāo)紅外輻射分布經(jīng)過(guò)大氣到達(dá)視點(diǎn)過(guò)程中的衰減，即大氣紅外傳輸特性模型。在目前的工作中，由于大氣成分的復(fù)雜性、目標(biāo)自身紅外輻射分布計(jì)算的困難性以及背景紅外輻射隨環(huán)境變化的不可控性，對(duì)目標(biāo)紅外輻射特性模型的建立造成很大的困難，使得目標(biāo)紅外成像仿真的真實(shí)性受到了很大的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種紅外目標(biāo)輻射場(chǎng)計(jì)算方法，包括以下步驟：

獲取目標(biāo)零視距紅外輻射亮度分布，

獲取目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度，

獲取目標(biāo)總的紅外輻射亮度及亮度分布，并將各亮度值進(jìn)行灰度量化轉(zhuǎn)換為不同灰度值，最終通過(guò)灰度圖的形式呈現(xiàn)。

采用上述方法，所述目標(biāo)零視距紅外輻射亮度通過(guò)下述步驟獲?。航⒈粶y(cè)目標(biāo)3D模型，對(duì)模型利用ANSYS有限元分析軟件獲取目標(biāo)模型溫度場(chǎng)分布，根據(jù)普朗克公式將溫度場(chǎng)轉(zhuǎn)化為輻射場(chǎng)，得到目標(biāo)零視距紅外輻射亮度分布。

采用上述方法，所述目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度通過(guò)下述步驟獲取：以太陽(yáng)、天空和地面的輻射特性理論為依據(jù)，基于VS2012編程獲取背景紅外輻射亮度，背景紅外輻射亮度與目標(biāo)自身反射率相乘獲得目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度。

采用上述方法，所述目標(biāo)總的紅外輻射亮度為：

L_sensor＝τ_atm×(L_thermal+L_background)+L_path

其中，L_thermal為目標(biāo)零視距紅外輻射亮度，L_background為目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度，τ_atm為大氣紅外傳輸透過(guò)率，L_path為大氣紅外傳輸程輻射，其中τ_atm和L_path通過(guò)PCModWin軟件獲取。

采用上述方法，將各亮度值轉(zhuǎn)換為不同灰度值的過(guò)程為：

設(shè)置灰度的上下限G_max、G_min，

獲取每幀圖像的最大輻射亮度值和最小輻射亮度值R_max、R_min，

獲取每級(jí)灰度對(duì)應(yīng)的輻射間隔G_range＝G_max-G_min，

獲取各輻射亮度值對(duì)應(yīng)的量化灰度級(jí)

本發(fā)明利用ANSYS軟件計(jì)算溫度場(chǎng)分布的目標(biāo)零視距紅外輻射特性模型、基于VS2012軟件編程環(huán)境計(jì)算目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度的背景紅外輻射特性模型和調(diào)用PCModWin軟件實(shí)時(shí)計(jì)算大氣紅外傳輸透過(guò)率和程輻射的大氣紅外傳輸特性模型，更準(zhǔn)確、便捷的模擬紅外目標(biāo)輻射特性，生成置信度更高的紅外仿真圖像。

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)(坦克)零視距紅外輻射特性模型示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中背景紅外輻射特性模型示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中大氣紅外傳輸特性模型示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)(坦克)紅外仿真灰度圖。

圖5是本發(fā)明的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明中涉及的ANSYS軟件是美國(guó)ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件，是世界范圍內(nèi)增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD，computerAided design)軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Creo、NASTRAN、Alogor、I－DEAS、AutoCAD等，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。

PCModWin軟件是一種獲取大氣傳輸模型軟件，是由美國(guó)空軍菲利普斯實(shí)驗(yàn)室在以LOWTRAN模式系列為基礎(chǔ)而發(fā)展的Windows環(huán)境下運(yùn)行的程序包，包含LOWTRAN等低分辨率和MODTRAN中等分辨率輻射模式，可以進(jìn)行大氣投射比、輻射傳輸計(jì)算等。

VS2012即Visual Studio 2012，是微軟公司推出的開(kāi)發(fā)環(huán)境，是Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。

結(jié)合圖5，一種紅外目標(biāo)輻射場(chǎng)計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1：建立目標(biāo)零視距紅外輻射特性模型獲取目標(biāo)零視距紅外輻射亮度分布；

S2：建立背景紅外輻射特性模型獲取目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度；

S3：建立大氣紅外傳輸特性模型獲取大氣紅外傳輸透過(guò)率和大氣紅外傳輸程輻射；

S4：根據(jù)上述亮度和大氣紅外傳輸透過(guò)率、大氣紅外傳輸程輻射，獲取目標(biāo)總的紅外輻射亮度及亮度分布；

S5：并將各亮度值轉(zhuǎn)換為不同灰度值，將接收的目標(biāo)總的紅外輻射亮度分布進(jìn)行灰度量化，并通過(guò)灰度圖的形式呈現(xiàn)。

對(duì)于S1，基于VS2012軟件編程環(huán)境，通過(guò)OpenGL圖形接口建立目標(biāo)3D模型，利用ANSYS軟件對(duì)目標(biāo)3D模型進(jìn)行有限元熱分析，在工程誤差允許條件下，對(duì)目標(biāo)3D模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，求解目標(biāo)溫度場(chǎng)分布，根據(jù)普朗克公式計(jì)算目標(biāo)零視距紅外輻射亮度分布，如圖1所示。

對(duì)于S2，基于VS2012編程環(huán)境，分析太陽(yáng)、天空和地面的輻射特性理論，建立背景紅外輻射特性模型，完成計(jì)算不同時(shí)間、地點(diǎn)條件下的太陽(yáng)、天空和地面的輻射亮度，并根據(jù)目標(biāo)自身反射率求得目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度，如圖2所示。參考《基于氣象學(xué)和傳熱學(xué)的城市建筑物紅外成象模型》一文作者：王章野、陸艷青、彭群生、江照意、朱華；刊于《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》，2000年9月版。

對(duì)于S3，基于VS2012軟件編程環(huán)境，利用MFC框架編程實(shí)現(xiàn)PCModWin與目標(biāo)模型的接口，完成PCModWin軟件的調(diào)用，實(shí)時(shí)計(jì)算大氣紅外傳輸透過(guò)率和程輻射，讀取并顯示文件的存儲(chǔ)結(jié)果，如圖3所示。

對(duì)于S4，紅外探測(cè)器接收到總的紅外輻射亮度計(jì)算公式如下：

L_sensor＝τ_atm×(L_thermal+L_background)+L_path

其中，L_thermal為目標(biāo)零視距紅外輻射亮度，L_background為目標(biāo)反射的背景紅外輻射亮度，τ_atm為大氣紅外傳輸透過(guò)率，L_path為大氣紅外傳輸程輻射。

對(duì)于S5，具體過(guò)程如下：

步驟S501，設(shè)置灰度的上下限G_max、G_min；

步驟S502，獲取每幀圖像的最大輻射亮度值和最小輻射亮度值R_max、R_min；

步驟S503，確定灰度范圍G_range＝G_max-G_min；

步驟S504，獲取每級(jí)灰度對(duì)應(yīng)的輻射間隔

步驟S505，獲取各輻射亮度值對(duì)應(yīng)的量化灰度級(jí)

步驟S506，按照上述輻射亮度-灰度轉(zhuǎn)換公式，將紅外探測(cè)器接收的輻射亮度分布進(jìn)行灰度量化，最終將結(jié)果以灰度圖的形式呈現(xiàn)，如圖4所示。