基于可见光的近红外场景仿真研究

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1、基于可见光的近红外场景仿真研究邱纯2016年1月中图分类号：UDC分类号：基于可见光的近红外场景仿真研究作者姓名邱纯学院名称光电学院指导教师白廷柱教授答辩委员会主席崔志刚教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月NearinfraredscenesimulationbasedonvisibleimageCandidateName:ChunQiuSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.Ti

2、ngzhuBaiChair,ThesisCommittee:Prof.ZhigangCuiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefense:January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研

3、究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要近红外波段介于红外与可见光波段之间，具有穿透性好、对温度不敏感等优点，广泛应用于军事领域伪装与反伪装侦察技术研究中。近红外图像在一定程度上可以弥补可见光和长波红外波段无法获取的信息，能够较好地适应各种恶劣的天气条件，具有重要的理论研究意义和较强的科研应用价值。由于地物反射率是近红外仿真的基本参量，本文首先研究了一种快捷、准

4、确的基于图像反射率反演方法：为保证图像灰度与真实场景辐射照度之间线性对应关系，基于图像传感器的光电响应特性曲线，对测量图像进行灰度校正；进而，通过不同景物的图像采集，基于反射率反演模型获取了多种典型地物的反射率数据。与地物光谱仪的实测数据比较，相对不确定度在10%以内，具有较高的反演精度，且可以实现对景物的多角度的快速反射率测量。由于真实场景中太阳照射到地表的可见光与近红外的辐射能量不同，影响仿真精度。为建立精确的可见光与近红外光谱转换模型，本文定量计算了可见光与近红外波段真实场景辐射能量分布：通过建立不同时刻

5、的太阳角度模型，计算了两波段大气上界的瞬时太阳辐射；在分析辐射在大气中传输过程的基础上，采用MODTRAN计算了可见光与近红外波段的大气透过率，采用Reindl模型计算了两波段的大气散射率，最终得到了可见光与近红外地表辐射能量。利用本文方法可计算获取任意波段不同时刻的地表辐射能量。在前述研究工作的基础上，根据可见光与近红外成像原理的相似性，建立了以可见光与近红外波段反射率数据、地表辐射能量数据以及可见光图像灰度为参数的近红外仿真模型。在仿真多材质场景过程中，采用基于图论最小生成树的图像分割算法对场景中的不同材质

6、进行分类，并结合仿真模型进行基于可见光图像的近红外场景仿真。为准确描述不同材质仿真图像的界限变化，采用边缘扫描平滑方法对近红外仿真图像进行处理，得到了较为逼真的多材质场景近红外仿真图像。与实拍近红外图像对比对比结果表明，本文仿真图像与实际图像具有较好的相似性，较好地体现了全局特征。本文方法为后续的近红外场景实时仿真创造了条件。关键词：反射率反演；近红外；场景仿真；辐射特性；图像分割IAbstractNearinfraredbandisbetweeninfraredandvisibleband,whichhast

7、headvantagesofgoodpenetrating,insensitivetotemperature,etc.Itiswidelyusedintheresearchofcamouflageandanti-camouflagedetectiontechnologyinmilitaryfield.Andnearinfraredimagecanobtaintheusefulinformationwhichcannotbeobtainedbythevisibleandinfraredband,whichcana

8、dapttotheinfluenceofthebadweatherconditionsandhasimportanttheoreticalresearchsignificanceandthestrongscientificresearchapplicationvalue.Targetreflectivitycharacteristicfeatureisthebasicparameter