大出瞳距大视场LCD型景象模拟器光学系统设计

可见光景象模拟器是电视制导系统综合测试的核心设备。设计了一款以LCD为图像源的大视场和大出瞳距的可见光景象模拟器,包括光学投影系统和相应的照明系统。研究了大出瞳距、大相对孔径情况下无限远投影光学系统的像差特性以及设计方法,采用非远心的系统设计方案,解决了由于出瞳距大而造成的系统像差难以校正的问题,增强了景象模拟器对转台的适应性,增大了工作视场。研究了非远心状态下LCD均匀照明的特点,采用复眼透镜阵列与柯勒照明原理相结合的方法设计了配套的照明系统,解决了非远心状况下均匀照明和光瞳衔接的问题。仿真系统的全视场角为7°,F#为3.1,出瞳距离为700 mm。系统的畸变小于0.5%,在奈奎斯特频率58 lp/mm处,零视场的调制传递函数大于0.7,全视场的调制传递函数大于0.45。照明系统的照明均匀度达到了91.3%,满足仿真均匀性的要求。

基于可见光图像的近红外场景仿真

利用地物光谱仪采集了晴天条件下典型地物在380-1100 nm的光谱反射率,并利用经过定标后的CMOS相机采集典型地物不同时段的可见光、近红外图像,结合相机辐射定标结果和地物目标的反射率建立了可见光、近红外图像灰度值的映射关系,且对简单场景进行图像分割,并通过查找表快速将可见光图像转化为近红外图像。建立了太阳辐射模型,在反演精度要求不是很高的条件下,可以反演一天内任意时刻的近红外图像。仿真结果表明,本文方法可生成真实感较好的近红外图像,为后续的各时段、各种天气条件及多种地物的近红外场景仿真奠定基础。

基于MEMS的红外动态图像生成技术

提出了一种基于MEMS技术的红外动态图像生成技术。利用热传导方程，建立了可见光，红外图像转换膜的理论模型；介绍了可见光／红外图像转换膜制作的工艺流程，制作了一张像元数为512×512、像元尺寸为35μm的可见光／红外图像转换膜。并利用转换膜构造了红外动态图像生成装置，通过实验对红外动态图像生成装置的性能进行了研究。利用MEMS技术制作的可见光／红外图像转换膜可以工作在红外3～5μm和8—12μm两个波段。根据实验测得红外图像生成装置的空间分辨率为14lp／mm，在3—5μm波段，所生成红外图像的温度范围为250—440K，在8～12μm波段，所生成红外图像的温度范围为250—400K。

沙尘暴场景的参数化建模与实时绘制

沙尘暴是一种灾难性的自然景象,对沙尘暴的量化建模与实时绘制,在环境保护、灾难救援、城市交通及影视特技制作等领域有重要的应用价值.为此,提出了一种基于气象学原理的沙尘暴景象参数化建模方法,特别地,分析了上升气流与温度场的关系,并提供了模拟沙尘暴起沙和升流的简化模型.只需输入气压、气温、沙尘密度、场景类型等不同参数即可模拟出特定条件下的沙尘暴景象.在对沙尘暴景象进行实时绘制时,采用基于半角切片的前向多散射的体绘制模型,大大减少了了整体散射模型的计算量.对沙漠和城市场景不同程度沙尘暴景象的实时模拟结果表明了文中方法的有效性;最后采用气象计算模型对所生成的沙尘暴景象的能见度进行了定量的评估分析.

面向船舶航行训练的大范围地形建模

大规模地形场景的实时绘制在虚拟现实、地理信息系统、战场仿真等领域有着广泛的应用。为满足船舶模拟训练系统中视景仿真的需求,对大规模地形场景的建模与实时绘制技术进行了研究。首先对比了几类常用数据插值方法,采用数据融合的方式对DEM数据进行了插值。通过结合模拟训练的实际,提出了一种基于可见性判断的地形剔除方法,通过放射状搜索,判断当前点是否遮挡,进而对被遮挡点进行剔除处理,可以有效减少地形建模中无关面片,提高绘制速率。利用Google Earth获取地形纹理,使用Terri Vista构建三维地形,实现了地形的三维建模。试验表明提出的方法可实现大规模地形场景的高效逼真绘制。

目标/星空背景光学特性仿真方法研究

为新一代成像导弹武器系统的研制提供目标光学仿真环境,需要进行光学特性仿真方法研究。从目标仿真系统的组成,即计算机图像生成软件、硬件,视频/光学图像转换器以及光学投影系统几方面,分析了各部分对可见光成像光学特性仿真的影响,并对其光学特性标校方法做了说明。在系统硬件确定后,调节图像生成软件中的三维模型的材质和纹理、场景中光源亮度、环境光亮度等是使仿真目标的光学特性与真实的相一致的有效方法。该方法已在导弹半实物仿真试验中得到应用和验证。

低温背景红外场景产生器研究进展

红外场景产生器是红外成像制导半实物仿真中不可缺少的硬件设备之一。随着红外成像探测系统在卫星、深空探测器、空间反卫星武器中的广泛应用,低温背景的红外场景模拟越来越受到重视,发展非常迅速。热电阻阵列红外场景产生器被运用到低温背景模拟中,为产生低温背景,场景产生器需工作在比背景温度更低的温度条件下,因此,通常将场景产生器放在低温真空室中。与该种原理不同,半导体屏式可见光到红外光转换的场景产生器在常温下可以实现低温背景红外场景的模拟。对两种低温背景模拟方法进行了对比,并阐述了低温背景红外场景产生器的研究进展及应用情况。

基于场景结合的大规模动态群体可见性计算方法

动态场景的可见性计算对于大规模场景的实时渲染具有重要意义,其中运动中的大规模群体更给可见性计算带来了很大的开销.针对大规模动态群体在建筑物场景内部运动的情况,提出一种与场景结合的动态群体可见性计算方法.在预处理时,根据个体在不同仿真时刻的位置,将其绑定到相应的场景节点中;在实时绘制时,结合场景的可见性判断结果对动态群体中的个体进行可见性判断.实验结果表明,该方法能高效地剔除动态群体中的不可见个体,使大规模动态场景的实时绘制效率得到明显提高.

基于HLA三维作战场景显示系统的开发

根据现代作战仿真中敌我双方态势和作战环境可视化的需求,并依据分布式仿真高层体系结构理论提出了三维作战场景显示系统的结构组成和工作流程,利用MAK Stealth软件的应用程序接口进行设计开发,实现基于HLA的三维作战场景显示系统。结果表明利用MAK Stealth进行视景仿真开发十分方便快捷,具有一定的研究意义。

一种新的红外纹理生成方法

为解决大规模背景场景纹理生成中的问题,结合纹理数据和物理模型,提出一种新的红外纹理生成方法.分析背景红外成像模型,通过建立背景温度模型、辐射模型、灰度映射模型,得到不同天气、任意时段的红外灰度值;利用可见光纹理图像,结合统计方法提取灰度空间分布,合成红外纹理.通过调节合成因子,可以生成具有红外辐射信息又不乏灰度空间变化信息的红外场景仿真图像.实验结果表明:该方法有效解决了实测数据获取困难,复杂建模耗时耗力、计算误差大的问题;生成的红外场景可视化效果大大提高,同时也能真实反映场景24 h温度变化规律.

航海模拟器视景中夜景和雾景研究

详细介绍了航海模拟器视景中夜景和雾景生成的一般方法，并首次对夜景中灯光的能见距离以及雾景的能见距离作了定量分析，提出了保证图形显示准确性的方法．所提出的理论和方法应用在交通部重点科研项目“多功能航行安全仿真系统”中，取得了令人满意的效果．