1.选题依据
红外成像是指研究如何有效地探测景物的红外辐射，并将其转换为可被感知的图像信号的技术科学。它的发展综合了红外探测器件、光学设计、扫描技术、信息处理等学科的进步成果，是当代红外技术最高水平的集中体现[1]。其中，红外探测器是红外成像技术的核心，直接影响着红外成像系统的性能，决定了红外成像的技术水平。尽管目前红外成像技术主要应用在军事方面,但它在工业、遥感、交通、环境保护、医疗等方面也获得了相当广泛的应用。由于应用需求的驱使，红外成像技术越来越受到国际社会的关注，已成为现代国防科技的关键技术之一。
目前，由于红外成像探测技术在灾后救助、环境保护等领域的广泛应用，对探测设备的要求也越来越高。红外探测系统需要具备良好的认知力。为了测试红外探测系统对搜寻目标的识别能力，需要大量的不同条件下实拍的红外图像作为该系统的测试输入数据[2]。但实拍要耗费很长的时间和大量的人力物力，另外很难获得各种气象条件下的红外图像，而且许多军事目标的红外图像也是难以拍摄到的。所以亟需找到一种合适的方式能够实现低成本、多样性的红外图像测试数据生成。
红外成像仿真技术为解决这类问题提供一种极为经济、有效的途径。随着计算机仿真技术和硬件设备性能的不断提高，它可以逼真地生成各种复杂环境和干扰条件下目标与背景的红外图像。根据预先建立的目标与场景的几何模型、红外材质数据库、气象参数以及探测器特性，可实时地生成某地域某时刻多角度的飞行动态红外场景。仿真生成的图像可为红外成像系统的性能评价和改进提供分析依据。因此，红外成像仿真技术在国内外得到了迅速发展,并在各种相关领域特别是军事领域获得了广泛使用[3]。
2.文献综述
2.1国外研究现状
红外成像仿真技术最初是为了提高红外成像导引头性能的需要而产生的。基于目标与背景的红外辐射特性，生成目标与背景的红外热像，为导引头的设计提供目标与背景的红外辐射对比特性和红外成像特征，对导引头在各种复杂条件下发现、识别和跟踪目标，提高其性能参数具有十分重要的意义[4]。鉴于此，美国等一些西方国家纷纷投入大量的人力物力进行研发，取得了重大进展，形成了一系列的研究模型和软件，并且已成功地应用于红外制导导弹的研制。
获取景物表面的温度分布是红外仿真的基础，所以科研人员于早期便开展了材料表面温度与周围环境热交换的研究。从70年代末到90年代中期，许多研究人员针对简单目标和背景进行了大量的测量和系统的总结分析，如Jacobs、Smith、Ben-Yosef等人，都相继提出了一些模型[5—7]。但这些模型均属于经验或半经验模型，模型对环境因素影响的表示过于简单，需要大量的测量数据作为保证，模型对环境因素影响的表示过于简单，计算精度不高，制约着仿真的真实感。但是在难于获取完整的输入参数，或者在采用物理模型难以满足时性要求的时候，经验或半经验模型仍不失为一种有效的方法。
随着红外仿真热模型研究的不断深入，研究人员开始深入探讨各种影响物体红外特征的因素，根据传热学原理建立起物体表面的热平衡方程，通过求解方程获得物体表面的温度分布，这种方法被称为第一原理模型。与经验模型相比，第一原理模型具有可靠的物理依据、适用于高精度的计算场合等特点。1987年，出现了一个基于第一原理模型的温度预测模型PRISM（Physically Reasonable Infrared Signature Model），这是红外成像仿真的重要模型。它通过给定物体材料的光学和热物理参数、周围环境及大气等条件，采用热节点网络法计算出物体表面的温度分布。后来，模型被不断改善和扩展，逐渐成为美国红外特性和热建模的标准工具。在此基础上，研究者还不断开展了三维红外辐射计算与绘制方面的研究，以此为基础构建系统的红外图像生成平台。其中比较典型的空中目标红外建模软件主要有：采用了便于精确定义材质几何映射的纹理，获得很精确和真实的三维场景的SE-WORKBENCH-IR模型，其具有高逼真度和多频谱等特点，其SE-PLUME为飞机尾流模块，能计算气体摩尔浓度、温度和压力，并将计算流体动力学的结果转化为符合其工作环境的尾流和热数据，仿真出逼真的图像[8]。
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