[发明专利]一种红外运动目标成像跟踪仿真方法

说明书

本发明涉及一种红外运动目标成像跟踪仿真方法，先获取红外运动目标的各项基础参考数据，再将基础参考数据输入至红外运动目标成像跟踪仿真平台内并完成各系统的建模，该方法通过数字模拟目标红外特性，并对大气传输和光学成像过程建立模型，得到目标的红外图像。然后，对该红外图像进行目标检测和识别，得到目标质心位置，并换算成的角度偏差，将该角度偏差传递给伺服仿真系统，伺服仿真系统完成对目标的运动轨迹跟踪。本发明基于MATLAB环境搭建的一套红外运动目标成像跟踪仿真平台，用以完成数学建模、参数设计、仿真测试。

技术领域

本发明涉及计算机红外仿真技术领域，更具体的说，是涉及一种红外运动目标成像跟踪仿真的方法。

背景技术

红外成像技术，是指一种能够把物体本身产生的红外辐射转换成视频图像的技术，也称为热成像技术。利用红外成像技术制成的设备，被称作红外成像系统。在很多运动目标场景中，除了对目标进行红外成像以外，还需要对其进行稳定跟踪，使运动目标始终保持在红外成像设备的视场之中，这样的红外成像系统，被称作红外成像跟踪系统。一个红外成像跟踪系统，通常由光学系统、调制器或光学机械扫描器、红外探测器、信号处理系统、伺服跟踪系统、图像显示系统等组成。

红外成像跟踪系统的设计、研制是一项精密复杂的任务，涉及光学、机械、电子、材料等多个交叉学科。对于任何一个红外成像跟踪系统来说，都需要通过计算机仿真来进行设计模拟，以便确定系统指标是否合格，进而优化具体的设计参数。因此，建立成像跟踪系统的设计仿真平台十分必要，它是研制实际产品的基础。当前，红外成像仿真技术已经有了一定的研究进展，公开号为 CN106372268A的中国专利“一种基于热模型的红外仿真方法”公开了一种基于热模型的红外仿真方法，该方法主要适用于红外图像的生成仿真；申请号为 201610551502.2的中国专利“一种红外目标辐射场计算方法”公开了一种红外目标辐射场计算方法；该方法主要适用于红外图像生成之前的目标辐射场计算；然而，仅仅生成红外仿真图像，对于研制实际的红外成像跟踪系统，还是远不足够的，在红外图像生成之外，必须进行系统各个子模块参数设计仿真，特别是针对运动目标的跟踪性能，亟待一套完整的红外目标成像及跟踪设计仿真方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种红外运动目标成像跟踪仿真的方法，方法包括步骤：

S1：获取红外运动目标成像系统进行红外成像的第一阶段建模参考数据N0；

S2：将第一阶段建模参考数据N0输入红外运动目标成像跟踪仿真平台内，通过目标红外特性子系统、大气传输子系统以及光学子系统依次建模最终得到运动目标的红外成像并输出数据M1；

S3：获取红外运动目标成像系统红外成像进行检测与识别的第二阶段建模参考数据N1；

S4：将输出数据M1和第二阶段建模参考数据N1输入红外运动目标成像跟踪仿真平台中，对红外运动目标的红外成像进行检测与识别，通过红外探测器子系统以及信息处理器子系统的建模和分析，得到目标质心位置，并换算成角度偏差值并输出数据M2；

S5：获取红外运动目标成像系统中伺服子系统运动轨迹跟踪所需的第三阶段建模参考数据N2；

S6：将输出数据M2和第三阶段建模参考数据N2输入红外运动目标成像跟踪仿真平台中，通过相对运动子系统进行建模输出数据M3并得到红外运动目标的运动轨迹。

进一步的，第一阶段建模参考数据包括红外运动目标本身的目标体积、目标观测距离以及目标周围的大气湿度、浓度、通光口径、光学视场、光学焦距；第二阶段建模参考数据包括用于红外探测子系统建模的量子效率、转化度、噪声电压、分辨率、像元尺寸以及用于信号处理器子系统建模的AD采样精度和目标检测精度；第三阶段建模参考数据包括电机参数、弾摆参数、负载参数以及控制参数；

进一步的，第一阶段建模参考数据、第二阶段建模参考数据以及第三阶段建模参考数据是对红外运动目标实时监测深度研究所得到的。