CN118212343A - 一种实时红外偏振图像仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实时红外偏振图像仿真方法，包括：步骤1：建立红外偏振辐射链路传输模型，根据红外偏振辐射链路传输模型编写着色器脚本；步骤2：基于不同的场景信息对利用红外偏振辐射链路传输模型进行辐射计算的中间值进行预计算，得到预计算表格；步骤3：将着色器脚本、预计算表格和仿真场景信息导入OGRE渲染引擎，OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算，实现红外偏振图像的实时仿真；其中，在OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算时，利用预计算表格进行查表加速辐射计算过程。本发明在仿真过程中进行像素点辐射计算时，通过对预计算表格查表取代直接计算，避免了重复计算，大大提高了仿真实时性。

Description

一种实时红外偏振图像仿真方法

技术领域

本发明属于红外偏振仿真技术领域，具体涉及一种实时红外偏振图像仿真方法。

背景技术

红外偏振成像技术在红外成像的基础上融合了多维的偏振信息，不仅能够收集到目标红外辐射强度，还能通过反映的偏振信息进行公式计算推导得到目标物体表面的粗糙度、折射率、纹理、几何形状等特征。目前红外偏振成像技术已经广泛应用于复杂背景伪装目标探测、海面杂波干扰背景下海上目标监视等领域。

在研制红外偏振探测系统时，目标特征、时间、背景分布等因素有其一发生变化时，红外偏振图像也会有所差异。因此，难以仅凭理论分析和经验模型完成系统的设计。红外偏振仿真技术可产生大量图像数据以便对偏振探测系统进行训练提升平台性能，是加速红外偏振成像实际应用的重要辅助手段。

目前，为了计算仿真场景中在传感器处产生的偏振度分布，谭畅等人针对红外海面场景，在设计全链路辐射传输模型的过程中基于微平面理论，结合广泛应用于计算机成像仿真的Cook-Torrance双向反射分布函数模型改进了传统的Priest-Germer双向反射分布模型。改进的方法是通过将入射方向与出射方向的中间向量看作微面元平均取向，避免了阴影遮挡函数和统计分布函数中的复杂指数运算。杨敏等人提供了一种目标可见光偏振特性建模仿真方法和装置。第一步，将仿真目标的几何模型划分为若干个面元，第二步，基于时间、目标位置和传感器位置逐一计算每个面元对应的入射角、观测角和方位角；第三步，根据第二步每个面元的计算结果，利用大气辐射传输模型计算天空漫射光照射至目标表面的下行斯托克斯参量。第四步，将上一步所得的下行斯托克斯参量耦合至目标表面材质的偏振特性计算模型中，得到该目标每一面元表面反射太阳直射光和天空漫反射光的总偏振辐射能量。HE S等人提出了一种模拟具有大气米氏散射效应的合成海面偏振红外成像的新方法，该方法考虑了海面的自发红外辐射、多次反射和红外偏振以及气溶胶米氏散射的过程。首先，采用波浪叠加原理的双尺度方法模拟海面几何模型；然后，用偏振光蒙特卡洛模型模拟了红外光从海面发射并在气溶胶粒子中传播的散射过程；最终，利用米氏理论计算了光的偏振态变换，从而生成了不同环境条件和探测参数下的海面偏振红外图像。

上述红外偏振仿真的技术方案中，存在以下问题：(1)只针对特定生成的静态场景进行计算，局限性较大；(2)利用光线追迹法计算的过程中，每一次在表面反射计算都进行了大量的重复运算，计算效率不高，无法满足实时性。另外，由于目前红外偏振仿真技术的计算模型相比非偏振运算量成倍增长，如何保证仿真实时性是一个难点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种实时红外偏振图像仿真方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种实时红外偏振图像仿真方法，包括：

步骤1：建立红外偏振辐射链路传输模型，根据所述红外偏振辐射链路传输模型编写着色器脚本；

步骤2：基于不同的场景信息对利用所述红外偏振辐射链路传输模型进行辐射计算的中间值进行预计算，得到预计算表格；

步骤3：将所述着色器脚本、所述预计算表格和仿真场景信息导入OGRE渲染引擎，所述OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算，实现红外偏振图像的实时仿真；

其中，在所述OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算时，利用所述预计算表格进行查表加速辐射计算过程。

在本发明的一个实施例中，所述红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，表示为：

L_rev＝L_BB·ε_surf+E_surf·f；

式中，L_rev为红外偏振传感器表面像面接收的辐射亮度，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，ε_surf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，E_surf为物体表面接收的辐射照度，f为物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。

在本发明的一个实施例中，所述场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。

在本发明的一个实施例中，所述预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

在本发明的一个实施例中，所述步骤2包括：

步骤2.1：根据不同的场景信息确定预计算的温度上下限，根据仿真精度确定温度间隔，根据所述温度上下限和所述温度间隔计算不同温度对应的物体黑体辐亮度，得到所述随温度变化的物体黑体辐亮度表；

步骤2.2：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的入射角度上下限，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，得到所述不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表；

步骤2.3：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的反射天顶角度上下限，根据所述反射天顶角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，得到所述不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

在本发明的一个实施例中，在所述步骤2.1中，所述不同温度对应的物体黑体辐亮度按照下式计算得到：

式中，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，λ为波长，T为温度，c₁为第一辐射常数，c₂为第二辐射常数，λ₁和λ₂为仿真成像需求对应的红外波段的波长上下限。

在本发明的一个实施例中，在所述步骤2.2中，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，包括：

根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射系数r_s和r_p，根据所述菲涅尔反射系数r_s和r_p计算得到对应的矩阵M_fresnel，将所述矩阵M_fresnel进行存储作为不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，其中，所述矩阵M_fresnel为计算菲涅尔反射穆勒矩阵的中间值，表示为：

式中，β表示对于微面入射角，n'表示物体表面材质复折射率，A＝(|r_s|²+|r_p|²)/2，B＝(|r_s|²-|r_p|²)/2，*表示复共轭，i表示虚数单位。

在本发明的一个实施例中，在所述步骤2.3中，所述不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量按照下式计算得到：

式中，ε_surf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，f₀₀、f₁₀、f₂₀和f₃₀分别是物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵中的第一列元素，θ_i为入射天顶角，θ_r为反射天顶角，φ_i为入射方位角，φ_r为反射方位角。

在本发明的一个实施例中，所述步骤3包括：

步骤3.1：将所述着色器脚本、所述预计算表格和所述仿真场景信息导入OGRE渲染引擎；

步骤3.2：所述OGRE渲染引擎对接收的所述仿真场景信息进行解析，得到场景所有几何位置关系；

步骤3.3：根据虚拟相机位置以及所述场景所有几何位置关系，确定像素中心发出光线与场景的交互点，提取得到交互点处的材质和温度信息；

步骤3.4：根据所述交互点处的材质和温度信息，调用所述着色器脚本进行逐像素点的辐射计算，得到每个像素点的辐射亮度；

步骤3.5：基于所述像素点的辐射亮度，将所有像素点进行拼接得到红外偏振仿真图像。

在本发明的一个实施例中，在所述步骤3.4中，调用所述着色器脚本进行逐像素点的辐射计算时，辐射计算的中间值通过直接查找所述预计算表格得到或通过查找所述预计算表格进行插值得到；

其中，所述中间值包括：在温度条件下的物体黑体辐亮度，计算菲涅尔反射穆勒矩阵的矩阵M_fresnel，以及物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的实时红外偏振图像仿真方法，利用OGRE(Obiect-Oriented GrapjicsRendering Engine)渲染引擎，支持对场景信息动态调控，借助OGRE渲染引擎作为渲染平台，充分利用了GPU(graphics processing unit，图形处理器)并行计算性能，提高了仿真计算效率；对红外偏振辐射链路传输模型计算过程中复杂且需要大量重复计算的中间值先进行了预计算，得到预计算表格，在仿真过程中，进行像素点辐射计算时通过对预计算表格查表取代直接计算，避免了重复计算，大大提高了仿真实时性，解决了红外偏振仿真技术领域中渲染实时性差的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种实时红外偏振图像仿真方法的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种实时红外偏振图像仿真方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种物体表面辐射传输示意图；

图4是本发明实施例提供的一种仿真结果图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种实时红外偏振图像仿真方法进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

本发明实施例提供了一种实时红外偏振图像仿真方法，请结合参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种实时红外偏振图像仿真方法的示意图；图2是本发明实施例提供的一种实时红外偏振图像仿真方法的流程图。

本实施例的实时红外偏振图像仿真方法，包括：

步骤1：建立红外偏振辐射链路传输模型，根据红外偏振辐射链路传输模型编写着色器脚本。

其中，红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，也是计算红外偏振仿真图像的目标函数。

在本实施例中，不考虑大气效应，红外偏振辐射链路传输模型可以表示为：

L_rev＝L_BB·ε_surf+E_surf·f(1)；

式中，L_rev为红外偏振传感器表面像面接收的辐射亮度，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，ε_surf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，E_surf为物体表面接收的辐射照度，f为物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。

在进行目标函数的计算过程中，偏振态的红外辐射均用斯托克斯矢量形式描述，反射过程用穆勒矩阵形式来描述。

进行一步地，对红外偏振辐射链路传输模型中的各分量进行详细说明。在温度条件下的物体黑体辐亮度L_BB可以利用普朗克公式进行计算得到，可以表示为：

式中，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，λ为波长，T为温度，c₁为第一辐射常数，c₂为第二辐射常数，λ₁和λ₂为仿真成像需求对应的红外波段的波长上下限。

偏振态的红外辐射可以使用斯托克斯矢量的形式表示：式中，I表示总光强，Q表示0°偏振分量与90°偏振分量之差，U表示45°偏振分量与135°偏振分量之差，V表示左旋偏振光与右旋偏振光之差。

当需要描述某个光学作用过程对红外辐射偏振态的改变作用时，可用穆勒矩阵来描述这种偏振态变化，式中，S^out和Sⁱⁿ分别表示出射光和入射光的斯托克斯矢量。

请参见图3所示的本发明实施例提供的一种物体表面辐射传输示意图，图中，为光线方向，/>为传感器观测方向，/>为微面法线方向，z轴为宏观面法线方向，θ_i和θ_r为入射/反射角天顶角，φ_i和φ_r为入射/反射方位角，/>和/>分别与z轴形成宏观入射/反射面，/>与/>形成微入射面，/>与/>形成微反射面。

在红外偏振辐射链路传输模型中，基于微面元理论物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵f可以表示为：

其中，f_s为镜面反射分量，f_d为漫反射分量，D表示微面元分布函数，G表示遮蔽阴影函数，F表示菲涅尔反射穆勒矩阵。

微面元分布函数D，通常为经验模型和半经验模型，以高斯分布为例，高斯分布下的微面元分布函数为：其中，/>cos(2β)＝cosθ_i cosθ_r+sinθ_i sinθ_r cos(φ_i-φ_r)；式中，α表示微面元法向量相对于目标平均表面法线的角度，β是微面元法向量与反射光夹角，θ_i为入射天顶角，θ_r为反射天顶角，φ_i为入射方位角，φ_r为反射方位角，σ表示粗糙度。

遮蔽阴影函数G描述了相邻微面之间对光线的遮蔽关系，常用的V腔模型为经验模型，其表达式为

菲涅尔反射穆勒矩阵F需要考虑宏观入射/反射面与微入射/反射面偏振坐标系的旋转，可以表示为：

F＝M_rotate(η_r)M_fresnelM_rotate(-η_i) (4)；

式中，η_i为宏观入射面与微入射面的夹角，η_r为宏观反射面与微反射面的夹角。

其中，矩阵M_fresnel可以表示为：

矩阵M_rotate可以表示为：

式中，β表示对于微面入射角，n'表示表面材质复折射率，r_s和r_p由菲涅尔方程给出，分别表示垂直入射面和平行入射面方向上的反射系数，*表示复共轭，i表示虚数单位。

在红外偏振辐射链路传输模型中，根据基尔霍夫定律，斯托克斯矢量形式的红外偏振传感器观测方位下的发射率ε_surf可以表示为：

式中，f₀₀、f₁₀、f₂₀和f₃₀分别是物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵中的第一列元素，θ_i为入射天顶角，θ_r为反射天顶角，φ_i为入射方位角，φ_r为反射方位角。

步骤2：基于不同的场景信息对利用红外偏振辐射链路传输模型进行辐射计算的中间值进行预计算，得到预计算表格。

在本实施例中，场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

在一个可选的实施例中，步骤2可以包括以下步骤：

步骤2.1：根据不同的场景信息确定预计算的温度上下限，根据仿真精度确定温度间隔，根据温度上下限和温度间隔计算不同温度对应的物体黑体辐亮度，得到随温度变化的物体黑体辐亮度表。

在本实施例中，假设仿真成像的波段是3-5μm的红外波段，即对应λ₁和λ₂表示的波长上下限，由于三维物体不同表面位置处温度不同，呈现不一样的物体黑体辐亮度。对于需要计算的不同温度值下的物体黑体辐亮度，可设定一个预计算温度上下限[T_min,T_max]来囊括场景所有温度，同时根据精度需要设定温度间隔T_step，再利用公式(2)进行预计算得到一系列温度值下的黑体辐亮度，得到随温度变化的物体黑体辐亮度表。

步骤2.2：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的入射角度上下限，根据入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，得到不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表。

在本实施例中，预计算的入射角度上下限为[0°,90°]，对于同一材质而言其折射率视为固定不变，那么，菲涅尔反射系数r_s和r_p仅与入射角度有关。因此，根据入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，即利用公式(4)进行预计算，可以根据入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射系数r_s和r_p，根据菲涅尔反射系数r_s和r_p计算得到对应的矩阵M_fresnel，将矩阵M_fresnel进行存储作为不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表。

矩阵M_fresnel为计算菲涅尔反射穆勒矩阵的中间值，即公式(5)，对其可以进行简化表示为：

式中，A＝(|r_s|²+|r_p|²)/2，B＝(|r_s|²-|r_p|²)/2，

可以理解的是，对于一个角度的菲涅尔反射穆勒矩阵计算，只需保存4个值，即A、B、C和D，节省了一定存储空间。

步骤2.3：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的反射天顶角度上下限，根据反射天顶角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，得到不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

在本实施例中，根据反射天顶角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，即利用公式(7)进行预计算，在公式(7)中涉及对入射半球空间上积分，由于表面偏振双向反射分布函数的对称性，其结果与方位角φ_r无关，仅随观测天顶角θ_r变化。故可设置预计算的反射天顶角度上下限为[0°,90°]，然后按一定角度间隔计算得到不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，得到不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

步骤3：将着色器脚本、预计算表格和仿真场景信息导入OGRE渲染引擎，OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算，实现红外偏振图像的实时仿真；其中，在OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算时，利用预计算表格进行查表加速辐射计算过程。

OGRE渲染引擎中的着色器用于计算三维模型表面的像素颜色，将着色器脚本导入OGRE渲染引擎中后，可以通过调用着色器将建立的红外偏振辐射链路传输模型在三维渲染引擎中实现。由于着色器是在GPU上执行的，所以利用GPU的并行计算能力可以大大提高图像实时仿真的能力。

在本实施例中，步骤3可以包括以下步骤：

步骤3.1：将着色器脚本、预计算表格和仿真场景信息导入OGRE渲染引擎。

步骤3.2：OGRE渲染引擎对接收的仿真场景信息进行解析，得到场景所有几何位置关系。

步骤3.3：根据虚拟相机位置以及场景所有几何位置关系，确定像素中心发出光线与场景的交互点，提取得到交互点处的材质和温度信息。

在本实施例中，交互点处的材质和温度信息包括交互点处的温度、材质折射率和粗糙度。

步骤3.4：根据交互点处的材质和温度信息，调用着色器脚本进行逐像素点的辐射计算，得到每个像素点的辐射亮度。

在本实施例中，调用着色器脚本进行逐像素点的辐射计算时，辐射计算的中间值通过直接查找预计算表格得到或通过查找预计算表格进行插值得到；其中，中间值包括：在温度条件下的物体黑体辐亮度，计算菲涅尔反射穆勒矩阵的矩阵M_fresnel，以及物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。

在实时仿真过程中，调用着色器进行辐射计算的过程中，通过对预计算表格查表取代直接计算，避免在每个像素计算过程中进行重复且复杂的计算，进一步提高实时性。

示例性地，在着色器被调用时，对于物体黑体辐亮度，取表格中和交互点处的温度最近的两个温度下的黑体辐亮度，进行插值得到交互点下的物体黑体辐亮度。

步骤3.5：基于像素点的辐射亮度，将所有像素点进行拼接得到红外偏振仿真图像。

可以理解的是，可以更改仿真场景信息和相机位置，再次进行逐像素点的辐射计算，生成红外偏振仿真图像序列。

进一步地，通过仿真实验对本发明实施例的实时红外偏振图像仿真方法进行了验证，仿真条件为：选取3-5μm中波波段，物体网格模型使用OGRE内部提供的食人魔头模型，物体材质为铝，折射率为4.45+3.3i，温度为310K，粗糙度分别为0.1、0.4和0.55。请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种仿真结果图，图4中(a)、(b)、(c)图分别是利用本发明实施例的实时红外偏振图像仿真方法仿真得到的粗糙度为0.1、0.4和0.55的铝材质的食人魔头的模型的红外偏振仿真图像。

本发明实施例的实时红外偏振图像仿真方法，利用OGRE渲染引擎，支持对场景信息动态调控，借助OGRE渲染引擎作为渲染平台，充分利用了GPU并行计算性能，提高了仿真计算效率；对红外偏振辐射链路传输模型计算过程中复杂且需要大量重复计算的中间值先进行了预计算，得到预计算表格，在仿真过程中，进行像素点辐射计算时通过对预计算表格查表取代直接计算，避免了重复计算，大大提高了仿真实时性，解决了红外偏振仿真技术领域中渲染实时性差的问题。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立红外偏振辐射链路传输模型，根据所述红外偏振辐射链路传输模型编写着色器脚本；

步骤2：基于不同的场景信息对利用所述红外偏振辐射链路传输模型进行辐射计算的中间值进行预计算，得到预计算表格；

步骤3：将所述着色器脚本、所述预计算表格和仿真场景信息导入OGRE渲染引擎，所述OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算，实现红外偏振图像的实时仿真；

其中，在所述OGRE渲染引擎进行逐像素点的辐射计算时，利用所述预计算表格进行查表加速辐射计算过程。

2.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述红外偏振辐射链路传输模型用于描述辐射能量从辐射源到物体表面再到红外偏振传感器的传输过程，表示为：

L_rev＝L_BB·ε_surf+E_surf·f；

式中，L_rev为红外偏振传感器表面像面接收的辐射亮度，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，ε_surf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，E_surf为物体表面接收的辐射照度，f为物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。

3.根据权利要求1所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述场景信息包括：场景物体网格信息，物体材质信息，物体表面温度蒙皮纹理以及辐射源信息纹理。

4.根据权利要求3所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述预计算表格包括：随温度变化的物体黑体辐亮度表，不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，以及不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

5.根据权利要求4所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：根据不同的场景信息确定预计算的温度上下限，根据仿真精度确定温度间隔，根据所述温度上下限和所述温度间隔计算不同温度对应的物体黑体辐亮度，得到所述随温度变化的物体黑体辐亮度表；

步骤2.2：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的入射角度上下限，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，得到所述不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表；

步骤2.3：根据不同的场景信息确定不同材质对应预计算的反射天顶角度上下限，根据所述反射天顶角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量，得到所述不同材质对应的随反射角变化的发射率斯托克斯矢量表。

6.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.1中，所述不同温度对应的物体黑体辐亮度按照下式计算得到：

式中，L_BB为在温度条件下的物体黑体辐亮度，λ为波长，T为温度，c₁为第一辐射常数，c₂为第二辐射常数，λ₁和λ₂为仿真成像需求对应的红外波段的波长上下限。

7.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.2中，根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射穆勒矩阵，包括：

根据所述入射角度上下限以及设置的角度间隔计算不同材质在不同入射角度下的菲涅尔反射系数r_s和r_p，根据所述菲涅尔反射系数r_s和r_p计算得到对应的矩阵M_fresnel，将所述矩阵M_fresnel进行存储作为不同材质对应的随入射角变化的菲涅尔反射穆勒矩阵表，其中，所述矩阵M_fresnel为计算菲涅尔反射穆勒矩阵的中间值，表示为：

式中，β表示对于微面入射角，n'表示物体表面材质复折射率，A＝(|r_s|²+|r_p|²)/2，B＝(|r_s|²-|r_p|²)/2，*表示复共轭，i表示虚数单位。

8.根据权利要求5所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤2.3中，所述不同材质在不同反射天顶角度下的发射率斯托克斯矢量按照下式计算得到：

式中，ε_surf为红外偏振传感器观测方位下的发射率斯托克斯矢量，f₀₀、f₁₀、f₂₀和f₃₀分别是物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵中的第一列元素，θ_i为入射天顶角，θ_r为反射天顶角，φ_i为入射方位角，φ_r为反射方位角。

9.根据权利要求4所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1：将所述着色器脚本、所述预计算表格和所述仿真场景信息导入OGRE渲染引擎；

步骤3.2：所述OGRE渲染引擎对接收的所述仿真场景信息进行解析，得到场景所有几何位置关系；

步骤3.3：根据虚拟相机位置以及所述场景所有几何位置关系，确定像素中心发出光线与场景的交互点，提取得到交互点处的材质和温度信息；

步骤3.4：根据所述交互点处的材质和温度信息，调用所述着色器脚本进行逐像素点的辐射计算，得到每个像素点的辐射亮度；

步骤3.5：基于所述像素点的辐射亮度，将所有像素点进行拼接得到红外偏振仿真图像。

10.根据权利要求9所述的实时红外偏振图像仿真方法，其特征在于，在所述步骤3.4中，调用所述着色器脚本进行逐像素点的辐射计算时，辐射计算的中间值通过直接查找所述预计算表格得到或通过查找所述预计算表格进行插值得到；

其中，所述中间值包括：在温度条件下的物体黑体辐亮度，计算菲涅尔反射穆勒矩阵的矩阵M_fresnel，以及物体材质对应的表面偏振双向反射分布函数矩阵。