[王学伟08]基于增强现实的动态红外视景生成研究[J]
基于Retinex理论的图像增强算法研究
ｃｏｌｏｒ ｃｏｎｓｔａｎｃｙ，ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｌｏｒ ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ．
Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｆｉｒｓｔ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｂａｓｉｃ ｉｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃ咖钮ｔ ｍｅｔｈｏｄｓ．ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ
ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅｍ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ａｎｄ ｌｏｃａｌ Ｒｅｔｉｎｅｘ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｗｅｆｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ
…………一２３ …………。２４
图３．６．５ 彩色ｇｉｒｌ全局Ｒｅｔｈｌｃｘ增强．
图４．１．１ Ｒｅｔｉｎｅｘ框架图…………………………………………
图４．４．１．１ 高斯分布……
图４．４．１．２ 口不同的高斯分布………………
图４．６．１．１ ｇｉｒｌ图像经典Ｒｅｔｉｎｅｘ增强结果图…………………。
……。３８
图４．６．１．６ ｙｅｎｏｗｓａｎｄ图像（全局＋局部）Ｒｅｔｉｎｅｘ增强结果图……………………４０
图４．６．１．７ 增强图像的亮度趋势图……………………………………．
．．４１
图４．６．１．８ 增强图像的对比度趋势图…………
……………………………．４２
Ｖ
动态红外成像系统MRTD的测试与分析
动态红外成像系统MRTD的测试与分析王晶;纪明;敬鸣;黄维东;潘文卿【摘要】提出一种在正弦运动状态下测试红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)的方法,建立了正弦运动状态下测试靶标灰度对比度变化的数学模型,采用MATLAB软件模拟得到该数学模型曲线,从理论上直观地阐述了在正弦运动下,目标四杆靶灰度对比度的变化趋势,为MRTD的动态测试提供了坚实的理论基础.论文设计并研制了实验平台,采用统计学方法对实验数据进行分析,得到扰动情况下红外热像仪的MRTD值.实验结果表明,提出的方法和实验装置能准确地完成动态MRTD的测试.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)005【总页数】6页(P526-531)【关键词】正弦运动;动态MRTD;扰动;统计方法【作者】王晶;纪明;敬鸣;黄维东;潘文卿【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN2191 引言在热成像系统中，MRTD是综合评价系统温度分辨力和空间分辨力的重要参数，它不仅包括系统特性，也包括观察者的主观因素。
因此，MRTD的测量成为至关重要的任务。
现阶段，MRTD的测试都是在实验室环境下进行的静态测试。
而运动中精确打击目标是对战术武器的基本要求，因此，载体的运动对光电成像系统性能影响成为急需解决的问题，本文主要研究运动状态下红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)测试，详细阐述了测试原理、方法和过程，并给出一定的实验结果，为更全面完整地研究运动状态下光电成像系统的性能打下了基础［1］。
2 测试原理及数学模型理论上红外热像仪MRTD由下式所示［2］:式中，SNRDT为观察者能分辨线条的阈值视觉信噪比;f为目标空间频率;NETD为待测热像系统噪声等效温差为人眼滤波函数;α，β分别为瞬时视场;te为人眼的积分时间;Δfn为噪声等效带宽;τd为驻留时间;fp为帧频。
基于自适应平台阈值和拉普拉斯变换的红外图像增强
基于自适应平台阈值和拉普拉斯变换的红外图像增强孙海江;王延杰;刘伟宁【摘要】As for low contrasts and fuzzy edges of infrared images,an infrared image enhancement method combined with adaptive platform histogram equalization and Laplace transformation is pressented to not only improve the image contrasts but also to sharp the image edges.The algorithm uses double Digital Signal Processors（DSP） to complete parallel processing.Among them,a DSP obtains the image contrast enhancement by using the adaptive platform histogram equalization,and the other one performs Laplace transform algorithm to obtain the edge image from an original image.Finally,the multiplied fusion of two images is finished by coefficient superposition.Experimental results show that this algorithm has an excellent enhancement effect and real-time performance,which satisfies the requirement of 50 Hz processing frequency and improves the image contrast and sharps the image edge.%针对红外图像对比度低和边缘模糊的特点,提出了一种结合自适应平台直方图均衡化和拉普拉斯变换的方法。
基于DMD的动态红外场景投影光学设计
第３７卷第４期红外与激光工程２００８年８月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．４ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．２００８基于ＤＭＤ的动态红外场景投影光学系统设计贾辛，廖志杰，邢廷文，林妩媚（中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川成都６１０２０９）摘要：为了能够在实验室内实物模拟红外成像，降低光电系统的研发成本和提供可重复的实验环境，需要红外场景仿真器。
动态红外投影技术是红外成像测试与评估的关键技术，与传统仿真器相比，采用数字微镜器件（ＤＭＤ）的红外仿真器可以在更大动态范围内进行高速模拟，这种模拟方法空间分辨率和温度分辨率较高，能满足较高的帧频要求，有较好的应用前景。
回顾了动态红外场景投影技术及其分类，描述了基于ＤＭＤ动态红外场景系统的原理。
分析了红外光学系统的特点，给出了投影系统的设计参数，系统使用８００×６００的ＤＭＤ，工作在长波波段。
使用像差平衡理论设计了投影系统的基本结构，为了得到更好的分辨率和成像质量，利用ＣＯＤＥＶ软件进行了设计优化，并给出了设计结果及其像差曲线，结果表明：设计满足要求。
关键词：ＤＭＤ；红外光学；场景模拟；光学设计；投影系统中图分类号：ＴＮ２１文献标识码：Ａ文章编号：１００７－２２７６（２００８）０４－０６９２－０５Ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｄｉｇｉｔａｌ!ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｄｅｖｉｃｅＪＩＡＸｉｎ，ＬＩＡＯＺｈｉ!ｊｉｅ，ＸＩＮＧＴｉｎｇ!ｗｅｎ，ＬＩＮＷｕ!ｍｅｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＯｐｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２０９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｓｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｏｆｆｅｒｒｅｃｙｃｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｄｙｎａｍｉｃｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｎｇｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＤＭＤ（ｔｈｅＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）ｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｗｉｄｅｒｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｎｄｈａｓｈｉｇｈｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｈｉｇｈｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗｅｒｅｇａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｗｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｗｉｄｅｌｙ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｓｃｅｎｅｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＤＭＤｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｗｏｒｋｅｄａｔｌｏｎｇｗａｖｅｗｉｔｈ８００×６００ＤＭＤｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｂｅｒｒａｔｉｏｎｂａｌａｎｃｅｔｈｅｏｒｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｂｅｔｔｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｂｅｒｒａｔｉｏｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅＣＯＤＥＶｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＭＤ；Ｉｎｆｒａｒｅｄｏｐｔｉｃｓ；Ｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓｙｓｔｅｍ收稿日期：２００７－１０－０６；修订日期：２００７－１２－１８作者简介：贾辛（１９８２－），男，河南开封人，硕士，主要从事红外景象投影技术研究工作。
基于特征重构CycleGAN的红外遥感图像生成
(a) 可见光图像
（b ) 红外图像
图 5 : 爆炸场景下可见光图像生成红外图像
别 器 模 块 ，它 是 将 生 成 的 红 外 图 像 和 真 实 的 红 外 图 像 作 为 输 入 ，对 输入图像判断其为原始真实图像还是生成的虚假图像。
本节使用判别网络的隐藏层来评估生成的红外图像和真实红外 图像之间的特征重构损失。该特征重构损失使用预训练的网络提供 的 高 层 特 征 。预 训 练 好 的 骨 干 网 络 模 型 可 以 将 图 像 从 像 素 空 间 映 射 到高级特征空间。对 图 2 中判别器隐含层中构造特征差异，并利用 最 小 绝 对 误 差 计 算 判 别 器 中 的 隐 含 层 特 征 表 示 之 间 的 差 异 。特 征重 构损失定义如下：
成的红外图像在判别器中第j 个隐含层的特征表示。
(2)
本 文在 基于 CycleGAN风格迁移的基础上，添加特征重
构 损 失 ，使 得 生 成 的 红 外 图 像 与 真 实 的 红 外 图 像 在 特 征 方 面 更 具 有 相似性。
真实红外图像
L . W . . ..............................................................
C y c l e G A N 网 络 添 加 特 征 重 构 损 失 ，使 得 可 见 光 数 据 在 风 格 、 内 容 、
特 征 等 方 面 生 成 近 似 符 合 红 外 数 据 特 性 的 图 像 ，解 决 了深 度 学习 中
红外典型军事目标数据少，难以寻找批量数据进行训练的难题。
本文的主要贡献有：
不理想的情况。图 1 展现了在基于生成对抗网络技术的生成图像过 程中，出现的图像失真变形的示意图，从而在图像特征上不能保证 生 成 数 据 的 真 实 性 。 因 此 ，生 成 器 生 成 的 图 像 在 数 据 分 布 、特征等 方面与原图能否保持近似一致受到了极大的挑战。
身体现象学视域下的增强现实空间艺术设计方法研究
身体现象学视域下的增强现实空间艺术设计方法研究①王虹亚 李栋宁（江南大学 设计学院，江苏 无锡 214122）[摘 要]本文藉由体验者对增强现实空间的介入，将增强现实空间的问题纳入到强调知觉与身体的身体现象学领域加以考察。
文中通过身体现象学对增强现实空间加以解读，展现了增强现实空间中“空间”和“身体”的双重维度的混合与置换，形成了对增强现实空间以知觉为基础、以身体为媒介的基本认知。
并在此基础上，以身体现象学理论中的知觉的双向性和身体的双重含义为切入点，阐述了增强现实空间中身体与空间相互含蕴结构特点。
并通过对增强现实空间相似性、夸张性、对接性和待完成性的建构，展现出增强现实空间艺术独特的设计方法，并最终实现虚拟空间与现实空间在延伸的空间与放大的身体间的无缝衔接。
[关键词]增强现实空间；身体现象学；空间结构；设计方法[ 中图分类号 ] J50 [文献标识码]A [文章编号]1008-9675（2021）01-0150-08收稿日期：2020-11-25作者简介：王虹亚（1990-），女，安徽淮北人，江南大学设计学院博士研究生，研究方向：数字媒体艺术设计及理论。
①基金项目：2018年教育部人文社科会科学规划基金项目“VR 语境下影像叙事理论研究重构研究”（18YJA760029）阶段性成果。
增强现实（Augmented Reality）技术，是以三维注册追踪、系统显示和实时交互为基础的，处理虚拟与现实关系的场景化阅读系统。
它由波音公司科学家汤姆·考德尔于20世纪90年代首次提出，用以描绘计算机呈现的虚拟信息对现实世界的叠加覆盖。
在增强现实技术的作用下，虚拟空间对现实空间的附加，促使增强现实空间作为一种全新的空间形态逐渐映入大众视野。
增强现实空间建立在增强现实技术的基础上，是以虚拟空间、现实空间与人的异质共在关系为前提的面向体验者的交互空间。
在当今虚拟空间与现实空间相合的趋势下，以身体现象学视角对增强现实空间加以考察，便是在此基础上，从虚拟空间、现实空间与人“何以共在、何处共在”之问出发，以体验者为中心，将问题回溯到增强现实空间展开、并与体验者交融的知觉领域。
基于动态广义直方图均衡的红外图像增强方法
Infrared image enhancement method based on dynamic and generalized histogram equalization
L IU So ng2tao 1 ,2 , WAN G Wei2 , YIN Fu2liang1
( 1 . S chool of Elect ronic and I nf ormation En gi neeri ng , D ali an Uni v . of Technolog y , D ali an 116024 , Chi na; 2 . De pt. of I n f orm ation an d Com m unication Engi neeri n g , D ali an N aval A ca dem y , D ali an 116018 , Chi na)
Keywords : image enhancement ; histogram equalization ; dynamic allocation ; generalized histogram ; clus2
tering
0 引 言
红外成像制导是精确制导武器的主要发展方向 。由于 红外成像特性和器件水平的影响 , 红外图像通常具有以下 特点 : ( 1) 像素灰度值动态范围不大 ,很少充满整个灰度级 空间 ; ( 2) 背景占据大量的低灰度级像素 , 目标只有很少的 高灰度级像素 ; ( 3 ) 图像中存在大量噪声 。为了能够从红
1 广义直方图
传统直方图是基于整数 1 进行计数的 , 广义直方图将 整数 1 分解成分数和余数两个值 , 通过对每个灰度级累计 分数值和在所有灰度级均匀分配余数值生成 。由于仅有分 数值控制每个灰度级的对比度增益 , 所以可根据区域特性 改变分数值 ,从而调整对比度增益 。对于一幅数字图像 I , 广义直方图表示式如下
基于多感知的红外图像增强算法设计
图２ 红外增强算法结构３ 算法仿真为了验证本文算法的有效性，选取一幅分辨率为320×256、数据位宽为14 bits的红外图像作为试验对象，如图3（a）所示。
经过本文算法增强的结果如图3（b）所示。
从图中可以看到明显的细节增强效果。
（a）原始图像（b）增强图像图３ 图像增强效果４ 结 语本文受FLIR公司DDE技术的启发，提出了一种基于多感知的红外图像细节增强算法。
通过仿真试验证明，该算法是一种优良的图像动态压缩及细节增强技术。
参考文献[1]代少升,徐洪,刘琴,等.基于人眼视觉特性的红外图像增强算法[J].半导体光电,2016,37(1):115-118.[2]沈宏海,黄猛,李嘉全,等.国外先进航空光电载荷的进展与关键技术分析[J].中国光学,2012,5(1):20-29.[3]刘洵,王国华,毛大鹏,等.军用飞机光电平台的研发趋势与技术剖析[J].中国光学与应用光学,2009,2(4):269-288.[4]钱小燕.引导滤波的红外图像预处理算法[J].科学技术与工程,2015,15(21):32-36.[5]Durand F,Dorsey J.Fast Bilateral Filtering for the Display of High-Dynamic-Range Images[J].ACM Transactions on Graphic,2002,21(3):257-266.[6]He K,Jian S,Tang X.Guided Image Filtering[C].// European Conference on Computer Vision,2010.[7]马峰.基于TMS320C6678的高动态范围红外图像细节增强算法改进与实现[J].光学与光电技术,2014,12(1):93-96.[8]马峰.机载光电跟踪瞄准吊舱图像处理关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学,2011:81.。
基于多尺度的高动态红外图像增强算法
Abstract： Infrared images usually have very high dynamic range （HDR） , up to 14 digital bits or more, such high dynamic range image contains both large signal variations and small low contrast details, however, this is unacceptable for both human perception and the ability of display devices. In this paper, we propose an improved method for the enhancement of infrared images based on the framework of edge preserving filter and multi-scale processing. First, a weighted least square（WLS） filter is used to split the raw image into multi-scale layers. Then the detail layers and the coarse layer are processed separately, boosting the details properly and compressing the coarse layer accordingly. Finally, all the layers are recombined to get the low dynamic range image for display. We demonstrate that the method proposed can both preserve the details of infrared images and eliminate or weaken the artifacts of halo and gradient reversal. Key words：high dynamic range infrared image，image enhancement，multi-scale image processing， weighted least square filter，edge preserving 力也十分有限。因此必须结合红外图像的特点，对原 0 引言 始红外图像进行动态范围压缩（DRC） ，以匹配“高 不同于可见光图像，红外图像的形成来主要自于 动态”和“可视化”之间的矛盾。对此，通常的解决 场景中目标和背景的热辐射，一般呈现低对比度和低 办法是全局直方图均衡化（GHE）处理，通过对输入 信噪比的特点，为了更好的保留细节，红外图像的量 图像直方图的统计和累积，重新映射输入图像的灰度 化精度通常达到 14 bit 或者更高。而常规的显示设备 值，使输出图像呈现全灰度区间内的均匀分布。然而 一般只能显示 256 级灰度，而且人眼对灰度的分辨能 这种方法的缺点十分明显，因为红外图像通常是背景
基于伪中值滤波和小波变换的红外图像增强方法
基于伪中值滤波和小波变换的红外图像增强方法王学伟;王世立;李珂【摘要】For infrared image with low contrast and low signal-to-noise ratio,an infrared image enhancement method based on pseudo median filter and wavelet transformation is presented. Firstly, pseudo median filter is used for de-noising , then the wavelet transformation is adopted to decompose the image. To prevent the small target to be filtered as noise, the coefficient below threshold is filted by algorithm based on neighbor coefficient keeping. The coefficient above threshold is enhanced by nolinear method. Finally,the inverse wavelet transform is applied to synthesis image which can obtain the enhanced image. A group of experiment results show that the presented algorithm reduces the noise and improves the image contrast. The result image fits visual sense characteristic.%针对红外图像对比度差、信噪比低的特点,提出一种基于伪中值滤波和小波变换的红外弱小目标增强的算法.图像首先经过伪中值滤波滤除部分噪声,然后进行小波变换得到小波系数,对小于阈值的系数利用基于临近系数保留法进行滤波,防止小目标误判为噪声被滤除,对于大于阈值的系数进行非线性增强,最后重构得到去噪后的增强图像.实验结果表明,本文算法有效地滤除了噪声,提高了图像的对比度,更符合人眼视觉特性.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)001【总页数】4页(P90-93)【关键词】中值滤波;小波变换;小波去噪;非线性增强【作者】王学伟;王世立;李珂【作者单位】海军航空工程学院控制工程系,山东烟台264001;海军航空工程学院控制工程系,山东烟台264001;海军航空工程学院控制工程系,山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】TP391.411 引言红外探测器所获取的图像信噪比较低、目标模糊，因此需要对图像进行预处理，使目标清晰利于目标识别和跟踪。
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第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-06-16作者简介：王学伟（1973-），男，山东青州人，副教授，博士，主要从事导弹制导、光电成像制导仿真、图像信息处理等领域的研究。
x @基于增强现实的动态红外视景生成研究王学伟，周晓东（海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）摘要：动态红外视景生成是红外成像制导半实物仿真的关键，将基于增强现实的虚拟场景技术应用于动态红外视景生成中，可以有效地提高生成的红外场景的真实感，减少自然背景模拟的复杂程度。
关键词：增强现实；动态红外视景生成；半实物仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0358-04Dynamic infr ared scene generation based on reality augmented realityWANG Xue-wei,ZHOU Xiao-dong(Cont rolling Engineering Dept ,Naval Aeronautical Engineering Ins ti tut e,Y antai 264001,China)Abstr act:Dynam ic infrared scene generation is the key issue of the hardware-in-the-loop simulation of the infrared guiding.It can improve the facticity of the scene and reduce the complexity of the natural background to apply the augmented reality .Key wor ds:Aug mented reality;Dyn am ic infrared scen e generatio n;Hardware-in-the-loop simu lation0引言红外视景生成可以为红外成像制导半实物仿真提供各种不同的战场环境，是仿真的关键技术。
红外视景生成技术分为动态模式和“电影”回放模式[1]，前者是指在闭环系统中，生成的红外视景根据探测系统视场的变化，及时提供相应的场景图像，使场景与探测系统对投影图像的反应相一致。
后者是在仿真运行前，非实时地计算出一系列2D 图像，然后再以“电影”回放的形式将这一图像序列显示给被测系统。
显而易见，动态模式下的红外视景生成更能充分模拟红外制导武器的真实作战环境，是红外视景生成技术的主要发展方向。
目前红外视景生成研究中的难点在可信度、实时性和逼真性。
如舰空导弹，其目标包括飞机、导弹，其背景包括云天、海面。
飞机导弹可以进行三维建模，然后计算其红外辐射强度、形成灰度等级、最后设计目标的运动状态，具有较高的可信度。
但是对海天背景的建模如果注重图像细节的高可信度，很难符合动态红外场景生成的实时性要求。
同时，由于背景的随机性，通常的基于经验公式的背景红外辐射精度很难保证。
因此考虑在红外视景生成中引入增强现实技术，即将计算机生成的红外目标叠加在现实拍摄到的红外背景上，以满足动态视景生成模式对可信度、实时性和逼真性的要求。
1增强现实简述增强现实（AR ）技术[2-6]是借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象准确放置。
在真实环境中，借助显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，并呈现给用户一个感官效果真实的新环境。
因此增强现实系统具有虚实结合、实时交互、三维注册的新特点。
Email :ueweiwang 增刊王学伟等：基于增强现实的动态红外视景生成研究359增强现实技术是随着虚拟现实（VR）技术的发展而产生的，因此两者间存在着不可分割的密切关系，但也有着显著的差别。
AR与VR在浸没感的要求上有明显的区别：VR系统强调用户在虚拟环境中的视觉、听觉、触觉等感官的完全浸没，强调将用户的感官与现实世界绝缘而沉浸在一个完全由计算机所控制的信息空间（Syberspace）之中。
与之相反，AR系统不仅不隔离周围的现实环境，而且强调用户在现实世界的存在性并努力维持其感官效果的不变性。
AR系统致力于将计算机产生的虚拟环境与真实环境融为一体，从而增强用户对真实环境的理解。
在动态红外视景生成过程中，借助增强现实技术，可以将仿真生成的红外目标放置于真实的红外背景中，来提高逼真度。
使用红外热像仪拍摄的海天红外实景图像来生成红外背景图像，可以解决海天背景生成的精度和实时性问题。
2基于实景图像的背景生成技术虚拟现实技术能生成一个可操纵的虚拟环境，采用计算机图形技术是构造这样的虚拟环境的方法之一。
首先对真实世界进行抽象，从而建立起它的三维几何模型，一般用多边形表示。
在给定观察点和观察方向以后，利用计算机由模型实现多边形绘制着色、消隐、光照以及投影等一系列过程，产生虚拟场景。
但这种方法存在以下的问题：一是对计算机的性能要求高。
目前最快的图形工作站每秒钟绘制标准三维多边形的数目在百万数量级，而构造一些复杂场景往往需要数亿个标准三维多边形。
为了能满足虚拟环境的实时性要求，只能减轻场景的复杂度，降低虚拟场景的视觉效果。
二是对复杂场景来说，建模工作相当费时费力。
而基于实景图像的虚拟现实系统恰好能解决这些问题。
使用实景图像生成虚拟背景[7-12]，是按以下步骤生成的：首先利用采集的离散图像或连续的视频作为基础数据，经过处理形成360°柱面全景图像。
然后，通过合适的空间模型把多幅全景图像组织为虚拟实景空间。
用户在这个空间中可以前进、后退、360°环视、仰视、俯视、近看、远看等操作，就像进入到实际的空间一样。
虚拟实景空间具有如下优点：（1）不需要硬件加速就能在PC机上实时运行。
（2）不依赖于特殊的设备，如头盔显示器等。
（3）能显示高质量图像，且处理时间与场景复杂度无关。
3红外目标模拟技术目前国内外通常使用的理论建模方法是基于面元的三维模拟方法，如Hyun-Ki Hong等提出的热像生成方法[13]，国内上海交通大学等采用有限元的三维模型方法实现对舰船目标的红外模拟[14]，以及海军航空工程学院等采用3DS MAX生成三维几何模型对目标进行三维模拟的方法[15-16]。
基于面元的三维模拟方法根据目标的结构材料和温度情况，将目标分成许多具有简单形状的单元部分，每个单元外形可由许多三角形面元结构组成，每一个小平面用三角形三个顶点来确定，并拥有一个法向向量和一个探测器间的视线向量，将这些数据分类并计入数据文件。
根据探测器的观察角度、高度、各面元结构到探测器的距离，经过坐标传输，对各面元结构进行隐藏线遮挡处理，生成目标的几何视图。
目标几何视图建立后，还必须赋以一定的灰度值来表示目标的红外辐射特征，形成目标的零视距离辐射图，也就是未经大气传输前的辐射图。
确立目标的辐射图是一个较为复杂的处理过程，由于目标的红外辐射不仅与目标自身材料、结构、热特性参量有关，还与大气、目标周围环境及过去的热状态有关，因此确立目标的温度分布或辐射状态比较困难。
一般是建立三维传热方程，用有限差分法求解出目标的温度分布。
预测出目标表面的温度分布后，可将目标几何视图转变为目标表面的辐射分布图。
基于面元的三维模拟方法计算量较大，但只要方程合理，能够将不同天气、环境下的温度计算出。
目前有许多成熟的基本温度预测模型可供使用，如PRISM[17]是详尽的三维热模型，用于地面车辆的温度/辐射计算，当给出目标的内外热源、材料、结构、大气状态等参数，就能计算出目标的温度分布。
同样，也有用于计算空中目标的模型SPIRITS和海洋目标温度的IRENE模型。
4使用增强现实技术动态生成虚拟视景AR系统虽不需要显示完整的场景，但是由于需要通过分析大量的定位数据和场景信息来保证由计算机生成的虚拟物体可以精确地定位在真实场景中，因此，AR系统中一般都包含以下4个基本步骤：(1)360红外与激光工程：红外成像系统仿真、测试与评价技术第37卷获取真实场景信息；(2)对真实场景和相机位置信息进行分析；(3)生成虚拟景物；(4)合成场景或直接显示(如图1所示)，即图形系统首先根据相机的位置信息和真实场景中的定位标记来计算虚拟物体坐标到相机视平面的仿射变换，然后按照仿射变换矩阵在视平面上绘制虚拟物体，最后直接通过S-HMD 显示或与真实场景的视频合并后，一起显示在普通显示器上。
AR 系统中，成像设备、跟踪与定位技术和交互技术是实现一个基本系统的支撑技术。
图1AR 系统基本流程Fig.1AR system flow chart4.1跟踪与定位系统由于要实现虚拟和现实物体完美结合，必须将虚拟物体合并到现实世界中的准确的位置，这个过程常称为配准(registration)，因此AR 跟踪定位系统必须能够实时地检测观察者在场景中的位置、观察者头部的角度，甚至是运动的方向，以便用来帮助系统决定显示何种虚拟物体，并按照观察者的视场重建坐标系。
4.2视频检测方法用视频检测方法进行定位不需要其他设备，且定位精确，因此是AR 系统中最常见的定位方法。
在视频检测方法中，系统常通过匹配事先定义好的多种图形模板来标记各种物体和基准位置。
简单的模板匹配不仅可以提高图像识别的效率，而且可以达到实时性的要求。
视频检测中使用的标记一般由黑色封闭的矩形框和内部的各种图形或文字这两部分构成，其中黑色封闭的矩形框可以使程序在视频场景中快速识别是否存在标记，其内部的图形或文字可以表示标记的具体信息，如表示何种目标或在此应显示何种虚拟物体。
这样当系统场景中的定位标记被识别后，根据图形的仿射不变性原理，就可以重建从预定义标记到当前场景中标记的坐标转移矩阵；然后系统就可以根据这个转移矩阵来绘制虚拟物体，并进行渲染。
5红外视景的实时生成问题生成具有高逼真度的动态红外场景的计算量较大，红外图像的生成和显示的实时性就成为首要要求。
动态红外场景的实时性体现在：运动体的位置、姿态的实时计算和动态绘制，画面更新即帧频必须达到一定要求，对于人的交互动作相应时间不能大于0.1s ，场景生成的实时性，与红外场景生成的软硬件有关，取决于系统运算速度、算法的有效性、目标模型的复杂程度。
（1）在保证系统要求逼真度情况下减少建模的复杂程度。
目标模型面元数越多，所生成的模型越逼真，但辐射度的计算和实时绘制速度大大减慢，因此提高实时性与真实感存在矛盾。
通常的做法是保证系统要求逼真度的情况下，建立几何模型时进行合理简化，对于远近距离不同、红外特征不同等情况分别进行考虑、简化；也采用单元分割以及内存管理技术来提高系统运行速度。