[发明专利]一种飞机尾焰红外图像光线跟踪优化仿真方法

说明书

本发明公开了一种飞机尾焰红外图像光线跟踪优化仿真方法。步骤一、首先在某一像素区域内进行随机位置采样，确定需要计算尾焰出射辐射亮度的视线方向；步骤二、沿确定的视线方向进行跟踪，确定视线与飞机尾焰的相交位置，并随机采样视线与尾焰的相交路径深度，计算采样视线路径的辐射亮度贡献；步骤三、对步骤二得到的采样视线路径辐射亮度贡献进行蒙特卡洛积分，计算出整个视线方向的飞机尾焰出射辐射亮度；步骤四、重复步骤一到三，通过蒙特卡洛积分计算出每个像素对应的平均辐射亮度，生成飞机尾焰红外图像。本发明针对飞机尾焰发射能力强、吸收能力弱的问题。

技术领域

本发明属于红外探测领域，具体涉及一种飞机尾焰红外图像光线跟踪优化仿真方法。

背景技术

红外成像仿真技术通过虚拟场景建模和数字成像计算生成红外相机的仿真探测图像，为红外成像探测系统的设计、研制、评估等工作提供测试与分析工具。随着红外成像探测系统的发展，对红外成像仿真技术的准确度和精细度提出了更高的需求。

红外成像仿真技术的发展主要经历了数值仿真、图形仿真和物理仿真三个阶段：数值仿真方法采用简化模型或经验模型，仅能够计算目标的整体辐射特性，对点或斑目标红外成像仿真时较为有效；图形仿真方法主要关注目标的图像形状和纹理特征，成像模型和仿真结果通常不具有实际辐射物理意义；物理成像方法对仿真场景的辐射特性进行物理建模，并采用数值方法对成像辐射传输过程进行解算，能够实现辐射能量与图形纹理的一致化高精度仿真，是目前红外成像仿真技术的重要发展方向。

传统光线跟踪计算方法在透光性介质图像仿真计算时主要适用于云、雾等吸收能力强、发射能力弱类型的介质，在对飞机尾焰等吸收能力弱、发射能力强的介质进行计算时存在计算效率低，方差收敛慢的问题。

发明内容

本发明提供一种飞机尾焰红外图像光线跟踪优化仿真方法，针对飞机尾焰发射能力强、吸收能力弱的问题，通过在光线跟踪计算过程中考虑整体采样路径的辐射贡献影响，提高了计算过程中的方差收敛速度，对不同辐射和消光特性的尾焰介质均有较好适用性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种飞机尾焰红外图像光线跟踪优化仿真方法，所述优化仿真方法包括以下步骤：

步骤一、在某一像素区域内进行随机位置采样，确定需要计算尾焰出射辐射亮度的视线方向；

步骤二、沿确定的视线方向进行跟踪，确定视线与飞机尾焰的相交位置，并随机采样视线与尾焰的相交路径深度，计算采样视线路径的辐射亮度贡献L_PM；

步骤三、对步骤二得到的采样视线路径辐射亮度贡献L_PM进行蒙特卡洛积分，计算出整个视线方向的飞机尾焰出射辐射亮度L_P；

步骤四、重复步骤一到三，通过蒙特卡洛积分计算出每个像素对应的平均辐射亮度，生成飞机尾焰红外图像。

进一步的，所述步骤二在进行采样视线路径的辐射亮度贡献时需要对采样路径上各点的辐射影响进行累加。

进一步的，所述步骤二具体为，将路径辐射亮度积分的被积函数替换为的形式，定义线积分权重函数为w_t(s)，

整个视线方向的出射辐射亮度L_om(p₁,ω_o)表示为，