一種紅外目標輻射場計算方法與流程
本發明涉及一種紅外目標成像技術，特別是一種基于ANSYS和PCModWin的紅外目標輻射場計算方法。
背景技術：
紅外成像系統仿真中，計算到達紅外探測器的輻射亮度分布，涉及以下幾個步驟：(1)由目標的物理特征計算目標的紅外輻射分布，即目標零視距紅外輻射模型；(2)由太陽、天空、地面輻射理論模型，計算入射到目標表面的背景輻射，即背景紅外輻射模型；(3)按照目標與視點間的大氣條件，計算目標紅外輻射分布經過大氣到達視點過程中的衰減，即大氣紅外傳輸特性模型。在目前的工作中，由于大氣成分的復雜性、目標自身紅外輻射分布計算的困難性以及背景紅外輻射隨環境變化的不可控性，對目標紅外輻射特性模型的建立造成很大的困難，使得目標紅外成像仿真的真實性受到了很大的干擾。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種紅外目標輻射場計算方法，包括以下步驟：
獲取目標零視距紅外輻射亮度分布，
獲取目標反射的背景紅外輻射亮度，
獲取目標總的紅外輻射亮度及亮度分布，并將各亮度值進行灰度量化轉換為不同灰度值，最終通過灰度圖的形式呈現。
采用上述方法，所述目標零視距紅外輻射亮度通過下述步驟獲取：建立被測目標3D模型，對模型利用ANSYS有限元分析軟件獲取目標模型溫度場分布，根據普朗克公式將溫度場轉化為輻射場，得到目標零視距紅外輻射亮度分布。
采用上述方法，所述目標反射的背景紅外輻射亮度通過下述步驟獲取：以太陽、天空和地面的輻射特性理論為依據，基于VS2012編程獲取背景紅外輻射亮度，背景紅外輻射亮度與目標自身反射率相乘獲得目標反射的背景紅外輻射亮度。
采用上述方法，所述目標總的紅外輻射亮度為：
Lsensor＝τatm×(Lthermal+Lbackground)+Lpath
其中，Lthermal為目標零視距紅外輻射亮度，Lbackground為目標反射的背景紅外輻射亮度，τatm為大氣紅外傳輸透過率，Lpath為大氣紅外傳輸程輻射，其中τatm和Lpath通過PCModWin軟件獲取。
采用上述方法，將各亮度值轉換為不同灰度值的過程為：
設置灰度的上下限Gmax、Gmin，
獲取每幀圖像的最大輻射亮度值和最小輻射亮度值Rmax、Rmin，
獲取每級灰度對應的輻射間隔Grange＝Gmax-Gmin，
獲取各輻射亮度值對應的量化灰度級
本發明利用ANSYS軟件計算溫度場分布的目標零視距紅外輻射特性模型、基于VS2012軟件編程環境計算目標反射的背景紅外輻射亮度的背景紅外輻射特性模型和調用PCModWin軟件實時計算大氣紅外傳輸透過率和程輻射的大氣紅外傳輸特性模型，更準確、便捷的模擬紅外目標輻射特性，生成置信度更高的紅外仿真圖像。
下面結合說明書附圖對本發明做進一步描述。
附圖說明
圖1為本發明實施例中目標(坦克)零視距紅外輻射特性模型示意圖。
圖2為本發明實施例中背景紅外輻射特性模型示意圖。
圖3為本發明實施例中大氣紅外傳輸特性模型示意圖。
圖4為本發明實施例中目標(坦克)紅外仿真灰度圖。
圖5是本發明的方法流程圖。
具體實施方式
本發明中涉及的ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件，是世界范圍內增長最快的計算機輔助工程(CAE)軟件，能與多數計算機輔助設計(CAD，computerAided design)軟件接口，實現數據的共享和交換，如Creo、NASTRAN、Alogor、I－DEAS、AutoCAD等，是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。
PCModWin軟件是一種獲取大氣傳輸模型軟件，是由美國空軍菲利普斯實驗室在以LOWTRAN模式系列為基礎而發展的Windows環境下運行的程序包，包含LOWTRAN等低分辨率和MODTRAN中等分辨率輻射模式，可以進行大氣投射比、輻射傳輸計算等。
VS2012即Visual Studio 2012，是微軟公司推出的開發環境，是Windows平臺應用程序開發環境。
結合圖5，一種紅外目標輻射場計算方法，包括以下步驟：
S1：建立目標零視距紅外輻射特性模型獲取目標零視距紅外輻射亮度分布；
S2：建立背景紅外輻射特性模型獲取目標反射的背景紅外輻射亮度；
S3：建立大氣紅外傳輸特性模型獲取大氣紅外傳輸透過率和大氣紅外傳輸程輻射；
S4：根據上述亮度和大氣紅外傳輸透過率、大氣紅外傳輸程輻射，獲取目標總的紅外輻射亮度及亮度分布；
S5：并將各亮度值轉換為不同灰度值，將接收的目標總的紅外輻射亮度分布進行灰度量化，并通過灰度圖的形式呈現。
對于S1，基于VS2012軟件編程環境，通過OpenGL圖形接口建立目標3D模型，利用ANSYS軟件對目標3D模型進行有限元熱分析，在工程誤差允許條件下，對目標3D模型進行簡化，求解目標溫度場分布，根據普朗克公式計算目標零視距紅外輻射亮度分布，如圖1所示。
對于S2，基于VS2012編程環境，分析太陽、天空和地面的輻射特性理論，建立背景紅外輻射特性模型，完成計算不同時間、地點條件下的太陽、天空和地面的輻射亮度，并根據目標自身反射率求得目標反射的背景紅外輻射亮度，如圖2所示。參考《基于氣象學和傳熱學的城市建筑物紅外成象模型》一文作者：王章野、陸艷青、彭群生、江照意、朱華；刊于《系統仿真學報》，2000年9月版。
對于S3，基于VS2012軟件編程環境，利用MFC框架編程實現PCModWin與目標模型的接口，完成PCModWin軟件的調用，實時計算大氣紅外傳輸透過率和程輻射，讀取并顯示文件的存儲結果，如圖3所示。
對于S4，紅外探測器接收到總的紅外輻射亮度計算公式如下：
Lsensor＝τatm×(Lthermal+Lbackground)+Lpath
其中，Lthermal為目標零視距紅外輻射亮度，Lbackground為目標反射的背景紅外輻射亮度，τatm為大氣紅外傳輸透過率，Lpath為大氣紅外傳輸程輻射。
對于S5，具體過程如下：
步驟S501，設置灰度的上下限Gmax、Gmin；
步驟S502，獲取每幀圖像的最大輻射亮度值和最小輻射亮度值Rmax、Rmin；
步驟S503，確定灰度范圍Grange＝Gmax-Gmin；
步驟S504，獲取每級灰度對應的輻射間隔
步驟S505，獲取各輻射亮度值對應的量化灰度級
步驟S506，按照上述輻射亮度-灰度轉換公式，將紅外探測器接收的輻射亮度分布進行灰度量化，最終將結果以灰度圖的形式呈現，如圖4所示。
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