微光電視成像中的光暈仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微光電視成像中的光暈仿真方法，主要解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究方法代價(jià)高和效率低的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：（1）在基于OGRE的三維場景仿真平臺上，導(dǎo)入強(qiáng)光源和微光電視成像器件的三維模型，生成三維微光場景；（2）在三維微光場景中，根據(jù)微光電視系統(tǒng)內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、光電轉(zhuǎn)換原理和微通道板散射理論，統(tǒng)計(jì)到達(dá)熒光屏的電子量；（3）以到達(dá)熒光屏的電子量為依據(jù)，通過系統(tǒng)電壓信號轉(zhuǎn)換原理及灰度量化原理，實(shí)現(xiàn)光暈灰度分布的模擬。本發(fā)明精度高、適應(yīng)面廣、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光源在微光電視系統(tǒng)中成像的精確仿真。
【專利說明】微光電視成像中的光暈仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微光電視成像中的光暈仿真方法，可用于強(qiáng)光源下的微光場景目標(biāo)識別領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)強(qiáng)光源，如路燈、車燈、照明彈等出現(xiàn)在微光電視系統(tǒng)視場內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)輸出圖像上該光點(diǎn)周圍會(huì)形成光暈。光暈上的局部強(qiáng)光會(huì)掩蓋周圍弱信號，直接影響系統(tǒng)的成像分辨率和信噪比；而且在光源尺寸、觀測距離等因素不變的同一觀測條件下，不同型號成像系統(tǒng)輸出圖像上光暈的尺寸不同。因此，研究光暈的定量表征及其仿真方法對于在強(qiáng)光源下目標(biāo)的識別，圖像分辨率和信噪比的提高等都有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0003]近年來，國內(nèi)外學(xué)者對微光電視成像中的光暈主要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的研究:
(I)通過用空心管代替微通道管，在不同光源下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析影響系統(tǒng)輸出圖像中光暈的主要因素；(2)通過改變光源，改變像增強(qiáng)器的參數(shù)等條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究影響光暈尺寸的因素。在這些文獻(xiàn)中，都沒有進(jìn)一步研究系統(tǒng)輸出圖像中光暈的精確定量表征，從而造成微光電視成像仿真輸出圖像的精確度低和光源適用范圍小的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種微光電視成像中的光暈仿真方法，以給出圖像中光暈的定量表征，提高微光電視成像仿真輸出圖像的精確度，擴(kuò)大微光電視成像仿真光源的適用范圍。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是:根據(jù)微光電視成像系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換原理、微通道板散射理論來分析由強(qiáng)光源產(chǎn)生的電子運(yùn)動(dòng)到微通道板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；依據(jù)能量守恒定律，計(jì)算電子在微通道板表面不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，碰撞電子的偏移距離和每個(gè)像素位置接收的電子數(shù)；結(jié)合系統(tǒng)電壓信號轉(zhuǎn)換原理及灰度量化原理，計(jì)算這些電子在輸出圖像上產(chǎn)生的灰度值，得到這些灰度值的空間環(huán)形分布，即為光暈圖像。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0006](I)輸入強(qiáng)光源和光學(xué)透鏡、光電陰極、電子透鏡、微通道板、突光屏這些構(gòu)成微光電視成像器件的標(biāo)定參數(shù)，利用3Dmax軟件生成強(qiáng)光源和微光電視成像器件的三維模型，并將該三維模型導(dǎo)入基于OGRE的三維場景仿真程序中，生成微光三維場景；
[0007](2)根據(jù)微光三維場景中的表面材質(zhì)反射率P和背景光的光照度E，以及強(qiáng)光源的光亮度L，計(jì)算光學(xué)透鏡表面的光亮度La (i，j)，其中(i，j)為光學(xué)透鏡表面面元的二維坐標(biāo)；
[0008]( 3 )根據(jù)光學(xué)透鏡表面的光亮度La (i，j)，通過光電轉(zhuǎn)換計(jì)算光電陰極表面受到光照產(chǎn)生的電子數(shù)n(i，j)；
[0009](4)根據(jù)能量守恒定律，計(jì)算光電陰極表面電子經(jīng)過電子透鏡到達(dá)微通道板時(shí)偏移距離Sl(i，j)；
[0010](5)根據(jù)微通道板散射理論，計(jì)算到達(dá)微通道板的電子經(jīng)過微通道板多次散射后產(chǎn)生的偏移距離S (i，j);根據(jù)熒光屏像素點(diǎn)的二維分布，計(jì)算該偏移距離對應(yīng)熒光屏的每個(gè)像素點(diǎn)位置(X，y)，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)像素點(diǎn)位置所接收的電子數(shù)Iiei (x，y),其中(x，y)為熒光屏表面所有像素點(diǎn)的二維坐標(biāo)；
[0011 ] (6)根據(jù)對應(yīng)熒光屏的每個(gè)像素點(diǎn)位置所接收的電子數(shù)I(X，y)，通過熒光屏的電光轉(zhuǎn)換計(jì)算熒光屏上所有像素點(diǎn)的灰度值Gray (X，y)，這些灰度值在熒光屏表面的二維坐標(biāo)中心點(diǎn)附近形成一種環(huán)狀分布，這種環(huán)狀分布即為光暈圖像，并輸出。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0013]1.本發(fā)明充分考慮了電子到達(dá)微通道板的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過電壓量化來實(shí)現(xiàn)光暈的仿真，因而能夠精確地仿真微光電視成像中的光暈現(xiàn)象；
[0014]2.本發(fā)明是在標(biāo)定強(qiáng)光源和微光電視成像器件參數(shù)的環(huán)境下生成微光三維場景，因此針對不同的強(qiáng)光源，可以通過改變標(biāo)定參數(shù)以匹配微光電視成像條件來實(shí)現(xiàn)其對應(yīng)的仿真，擴(kuò)大了微光電視成像仿真光源的適用范圍。
[0015]發(fā)明【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的總流程圖；
[0017]圖2為本發(fā)明中步驟4電子在電子透鏡與微通道板之間的運(yùn)動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參照圖1，本發(fā)明微光電視成像中的光暈仿真方法的詳細(xì)實(shí)施過程如下:
[0019]步驟1.生成微光三維場景。
[0020]輸入強(qiáng)光源和光學(xué)透鏡、光電陰極、電子透鏡、微通道板、突光屏這些構(gòu)成微光電視成像器件的標(biāo)定參數(shù)，利用3Dmax軟件生成強(qiáng)光源和微光電視成像器件的三維模型，并將該三維模型導(dǎo)入基于OGRE的三維場景仿真程序中，生成微光三維場景。
[0021]步驟2.計(jì)算光學(xué)透鏡表面的光亮度。
[0022](2a)根據(jù)強(qiáng)光源的光亮度L，依據(jù)光度學(xué)公式計(jì)算強(qiáng)光源在光學(xué)透鏡表面面元處的光照度Ei(i，j)
【權(quán)利要求】
1.一種微光電視成像中的光暈仿真方法，包括如下步驟: (1)輸入強(qiáng)光源和光學(xué)透鏡、光電陰極、電子透鏡、微通道板、突光屏這些構(gòu)成微光電視成像器件的標(biāo)定參數(shù)，利用3Dmax軟件生成強(qiáng)光源和微光電視成像器件的三維模型，并將該三維模型導(dǎo)入基于OGRE的三維場景仿真程序中，生成微光三維場景； (2)根據(jù)微光三維場景中的表面材質(zhì)反射率P和背景光的光照度E，以及強(qiáng)光源的光亮度L，計(jì)算光學(xué)透鏡表面的光亮度La(i，j)，其中(i，j)為光學(xué)透鏡表面面元的二維坐標(biāo)； (3)根據(jù)光學(xué)透鏡表面的光亮度Laα，j)，通過光電轉(zhuǎn)換計(jì)算光電陰極表面受到光照產(chǎn)生的電子數(shù)n (i，j)； (4)根據(jù)能量守恒定律，計(jì)算光電陰極表面電子經(jīng)過電子透鏡到達(dá)微通道板時(shí)偏移距離 S1(i, j)； (5)根據(jù)微通道板散射理論，計(jì)算到達(dá)微通道板的電子經(jīng)過微通道板多次散射后產(chǎn)生的偏移距離s(i，j);根據(jù)熒光屏像素點(diǎn)的二維分布，計(jì)算該偏移距離對應(yīng)熒光屏的每個(gè)像素點(diǎn)位置(X，y)，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)像素點(diǎn)位置所接收的電子數(shù)Iiei (X，y),其中(x，y)為熒光屏表面所有像素點(diǎn)的二維坐標(biāo)； (6)根據(jù)對應(yīng)熒光屏的每個(gè)像素點(diǎn)位置所接收的電子數(shù)ne(x，y)，通過熒光屏的電光轉(zhuǎn)換計(jì)算熒光屏上所有像素點(diǎn)的灰度值Gray (X，y)，這些灰度值在熒光屏表面的二維坐標(biāo)中心點(diǎn)附近形成一種環(huán)狀分布，這種環(huán)狀分布即為光暈圖像，并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(2)所述的計(jì)算光學(xué)透鏡表面的光亮度La(i，j)，通過如下公式計(jì)算:
^ LAcosBiCosBi ^ La(1J) = P -^-ι + Ε /π
I 1 J 其中(i，j)為光學(xué)透鏡表面面兀的二維坐標(biāo)，P表不微光三維場景中的表面材質(zhì)反射率，L表示強(qiáng)光源的光亮度，A表示強(qiáng)光源面積，Qi表示微光三維場景中的表面面元法線與強(qiáng)光源在光學(xué)透鏡表面面元處的入射光線之間的夾角，Θ j表示強(qiáng)光源表面面元法線與強(qiáng)光源在光學(xué)透鏡表面面兀處的入射光線之間的夾角，E表不背景光的光照度，I表不強(qiáng)光源與光學(xué)透鏡表面之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(3)所述的通過光電轉(zhuǎn)換計(jì)算光電陰極表面受到光照產(chǎn)生的電子數(shù)n(i，j)，計(jì)算公式如下:
π ? ο \2
n(i，j) =引十 La(i,j)r-Sk
4 V.1 乂 其中Df表不系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)有效孔徑，f表不光學(xué)系統(tǒng)焦距，La (i, j)表不強(qiáng)光源在光學(xué)透鏡表面產(chǎn)生的光亮度，τ表不光學(xué)透鏡透過率，Sk表不光電陰極靈敏度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(4)所述的光電陰極表面電子經(jīng)過電子透鏡到達(dá)微通道板時(shí)偏移距離S1 (i，j)，按如下步驟計(jì)算: (4a)根據(jù)能量守恒定律，計(jì)算光電陰極表面電子經(jīng)過電子透鏡到達(dá)微通道板時(shí)的速度V(i, j)和該速度與電子透鏡法線的夾角Θ (i, j)，通過如下公式計(jì)算:
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(5)所述的根據(jù)微通道板散射理論，計(jì)算到達(dá)微通道板的電子經(jīng)過微通道板多次散射后產(chǎn)生的偏移距離s (i, j)，按如下公式計(jì)算:.

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(5)所述的根據(jù)熒光屏像素點(diǎn)的二維分布，計(jì)算該偏移距離對應(yīng)熒光屏的每個(gè)像素點(diǎn)位置(X，y)，通過如下公式計(jì)算: 如

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微光電視成像中的光暈仿真方法，其中步驟(6)所述的計(jì)算突光屏上所有像素點(diǎn)的灰度值Gray(x, y),按如下步驟計(jì)算: (7a)根據(jù)電壓信號轉(zhuǎn)換公式計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的量化電壓V(x，y)

【文檔編號】G06T17/00GK103606185SQ201310646195
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】王曉蕊, 張青文, 郭冰濤, 馮海霞, 黃曦, 劉德連, 荊衛(wèi)國, 王小兵, 張建奇 申請人:西安電子科技大學(xué)