[发明专利]一种复杂目标对背景光辐射的二次散射计算方法

说明书

本发明提供了一种复杂目标对背景光辐射的二次散射计算方法，解决了复杂目标面元对之间二次散射的判断、面元对之间散射面积计算及复杂目标的二次散射计算的问题。其实现为：建立目标模型；输入所建目标的MOD模型信息并进行遮挡处理；对遮挡处理后的目标面元对间进行二次散射初次判断；转换坐标系并计算面元对间的散射面积；完成复杂目标的二次散射。本发明先找出可能发生二次散射的面元对，通过转换坐标将空间中的面元对投影到转换坐标系的XOY平面内，将三维问题转化为二维，简化了运算，降低了程序复杂性，通过得到的散射面积利用BRDF求得面元对间的二次散射亮度，及整个复杂目标对背景光辐射的二次散射亮度，用于海面、空间和地面复杂目标的精确检测。

技术领域

本发明属于复杂背景中目标对背景辐射的光散射领域，主要涉及空间复杂目标建模，背景的光学辐射计算，目标板块间单次及二次光散射判别及计算，计算结果可以应用到海面、空间中目标的散射特性计算、目标的跟踪及识别等方面。

背景技术

复杂目标对背景光辐射的二次散射计算方法在海面、太阳、天空等背景中复杂目标的光学信息的检测、识别与跟踪上有重要的应用价值。复杂目标对各种背景光学辐射的散射特性计算是研究目标特性的重要手段，是复杂目标光学特性检测的重要组成部分，研究复杂目标对背景辐射的二次散射特性，为目标特性计算提供了更加精确的计算结果。

当前对目标二次散射的研究多是对雷达散射界面(RCS)的研究。而由于目标对二次散射RCS的预估和目标对太阳、天空和海面的光学波段二次散射算法上存在根本上的差异，所以在计算目标对太阳、天空和海面的二次散射研究中只能提出特定的方法。

在对目标进行二次散射的研究时，需要对目标进行单独计算。在“目标光散射特性计算中光线追踪算法研究与实现”一文中，吴开峰等人利用光线追踪的思想给出了比较有效的光线测试计算方法，并利用该测试方法运用到对复杂目标光散射特性理论建模中，并给出了复杂目标在太阳光照下的二次散射效应的光散射亮度图。但是该算法并未给出具体的计算面元对之间散射面积的计算。在“复杂目标多次散射计算的高频混合方法研究”一文中，赵维江等人在几何光学方法的基础上，结合几何光学方法和射线追踪方法导出了一种能有效计算复杂目标多次散射的方法-区域投影物理光学法，该方法能够有效计算出面元对之间散射面积大小，并对目标RCS计算能够取得比较好的精度，但是该方法在计算散射面积时，所用的几何方法不够直观，编程实现比较复杂。而且该方法是专门应用于目标对雷达的二次散射计算，因此在计算复杂目标对背景的二次散射时，在判断二次散射发生条件以及计算散射面积时仅由提供参考价值，还需要新的算法计算目标对太阳、天空和海面的二次散射。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种复杂度低、易于编程的复杂目标的二次散射计算方法。

本发明是一种复杂目标对背景光辐射的二次散射计算方法，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤一：建立目标模型：通过3dmax建立目标的3dmax模型，然后将建立的3dmax目标模型转换为MOD模型；MOD模型分为五部分组成，第一部分为模型格式识别信息、面元数和顶点数；第二部分为面元索引值、部件索引值、材质索引值、色彩索引值和顶点索引值；第三部分为顶点索引和点的坐标值；第四部分为部件索引值和部件类型名称；第五部分为材质索引值和材质名称。

步骤二：输入目标的MOD模型信息：首先利用几何方法对模型进行自遮挡处理，然后针对自遮挡处理后的目标MOD模型中的所有面元，将面元之间的遮挡利用Z-BUFFER消隐算法处理，Z-BUFFER消隐算法通过将入射方向或散射方向为Z轴建立笛卡尔三维坐标系，把目标MOD模型投影到这个坐标系中，把投影后的目标MOD模型在XOY平面内划分为若干个像素，像素的个数应该远大于模型的面元数，根据像素在坐标系中的位置信息，保存所有像素中未被其他像素遮挡的像素信息，最后通过保存的像素信息即可以得到目标MOD模型所有面元中每个面元未被遮挡的面元面积大小，如果面元被遮挡的面积小于一半则认为这个面元未被遮挡，否则认为面元被遮挡；最后在目标MOD模型中去除所有的遮挡面元，得到未被遮挡的目标MOD模型；