红外仿真技术国内外研究现状综述

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国外对红外仿真技术的研究起步较早，技术相对国内来说较为成熟。由于红外技术在国防军事上很敏感，有关红外成像仿真研究的详细资料很少公开，但总的来说，有大量的学术论文和资料可以参考，并值得我们学习和借鉴。64883

对目标和背景的红外仿真是早期红外仿真研究的重点。1980 年，Jacobs对公路和墙砖等简单几何体进行了红外成像模拟，并同时考虑了晴天和阴天两种情况[1]； 1985 年，Kornfeld 运用经验公式算出了场景表面的温度分布，并用计算机生成了场景的红外仿真图像[2]；1987 年，Gerhart 等人提出了一个模块化的计算程序TTIM(TACOM Thermal Image Model)，这个模型通过逐像素地映射目标背景场景的辐射量图来模拟得到目标和背景的红外热图，除此之外，该模型还能模拟出有大气衰减，探测器噪声和战场烟雾下的模糊效果[3]；同年，Hinderer 运用了面元法得到了整个物体表面的温度分布，就是将物体表面划分成若干个小面元，然后根据预先编好的热能参数计算每个面元的温度，进而确定整个物体的表面温度分布[4]，根据这种方法得到的物体表面温度分布更加精确。

随着对红外图像认识的深入，人们发现可以对不同材质区域进行仿真，通过赋予相应的辐射纹理而得到真实感很强的红外仿真图像。1987年，Geoffrey 用纹理映射的方法生成了背景的红外仿真图像[5]。

随着研究的进一步深入，人们渐渐认识到红外特征与很多因素有关。1987年，Gonda等基于第一原理模型法建立了一个较为完善的物体温度表面预测模型 PRISM模型(Physically Reasonable Infrared Signature Model)，PRISM模型将物体分成若干节点网格论文网，考虑物体的材料特性并分析大气衰减的影响，算出每个网格的温度，进而得到物体的表面温度分布[6]。1998 年，在PRISM 模型的基础上，美国 ThermoAnalytics 公司开发出另一个预测模型MuSES模型(Multi-Service Electro-optics Signatur) [7]，MuSES模型相对 PRISM 具有更高的运行速率和更强的可扩展性，因而逐渐替代了PRISM模型。

大气衰减对红外场景仿真有重要影响，由于大气成分和气象条件非常复杂，要实现精确计算很困难，对大气效应的仿真，主要是通过大气传输软件进行计算。应用较为广泛的大气传输软件有：由美国空军地球物理实验室(AFGL)在LOWTRAN系列软件基础上发展而来的计算精度更高的MODTRAN软件包[8]、由美国Hanscom空军基地飞利浦实验室地球物理管理局研制推出的高分辫率大气传输模型FASCOD2[9]。

随着计算机技术和虚拟现实技术的迅猛发展，当前出现了许多实时三维视景系统软件可以完成视景仿真的场景的生成，，国外较大型的虚拟视景仿真商业软件都整合了红外视景仿真模块，并提供相应的接口，其中许多软件提供了特殊模块以满足特殊模拟要求，例如MultiGen-Paradigm 公司开发的 Vega 软件系统，它提供了红外仿真模块，操作简单，界面友好，通过对相关参数和面板进行设置，就可以得到真实感很强的红外图像 [10][11]；美国Northrop Grumma公司[12]的RISS和英国Equipe公司[13]的Bluesky等，都是用于红外视景仿真的软件，但是由于国外对我国都有严格的封锁，所以有很多软件都是不对我国用户提供的。

我国虽然在红外仿真领域起步较晚，但是发展很快，也取得了不少成果。南京理工大学的宣益民、韩玉阁等对坦克、桥梁、地面背景等的红外成像建模做了大量工作[14][15][16][17]；北京航空航天大学的徐南荣等对红外辐射和制导做了深入的研究，尤其是飞行器的红外特性[18][19][20]；海军工程大学的陈翱等利用传热学原理和有限元法对舰船和地面目标进行了红外成像模拟并探讨了目标的红外隐身技术[21][22]；装甲兵工程学院的蒋陆德等用有限元法对坦克负重轮三维温度场分布进行了计算研究[23]；中国科学院上海技术物理研究所的耿康等对红外热成像系统进行了半实物仿真的研究[24]；浙江大学的彭群生等对地面目标与背景的红外图形真实感融合技术做了研究[25][26][27]；西安电子科技大学的张健等对基于实测数据的红外图像生成方法开展了研究工作[28][29]。