随着红外成像探测系统的应用越来越广泛,需要进行大量的系统性能测试和评估,由于高昂的时间、人力、财力成本,外场试验次数有限且不全面,红外场景仿真系统可以模拟外场试验数据,大大缩短研发周期,因此得到了大力发展。本文基于增强现实技术,通过双目红外立体视觉系统对真实红外场景中显著景物进行3D建模,根据红外成像原理及计算机图形学,建立虚拟目标仿真模型,研发红外场景渲染引擎,完成虚拟目标和真实场景的无缝融合,在保证仿真系统实时性的基础上,提高仿真图像的真实度。本文的主要的研究工作如下:1、研究了双目立体视觉的相关理论和技术实现,从立体匹配算法理论入手,在可见光领域主流匹配算法的基础上,针对红外图像纹理细节不明显及边缘模糊的问题,设计了基于金字塔+图分割的立体匹配算法,融合Census和TAD的多特征计算初始匹配代价,在高斯金字塔算法得到的多尺度图像上,使用图分割算法加权聚合匹配代价,实现红外场景的稠密视差计算;根据分割块的视差一致性,计算视差平面参数,估计由于遮挡、弱纹理等导致的误匹配点的视差,优化处理视差图;通过对室内和室外红外场景进行评估测试,本文设计的算法可有效获取场景视差图,景物轮廓较显著,误匹配区域较少,算法实时性较好。2、研究建立了红外虚拟目标的几何模型、运动模型和辐射模型,根据增强现实的思想,研制红外场景仿真实时渲染引擎,使用立体包围盒方法剔除不可见面元,快速实现几何一致性渲染,结合辐射定标实现红外辐射一致性渲染,完成三角面元光栅化渲染的算法实现;根据探测器的角分辨率,设置精细采样平面,多倍采样像素灰度值,基于场景深度信息,完成虚拟目标与真实场景之间的相互遮挡处理,生成虚实融合的红外场景仿真图像。实验结果表明,虚拟目标和真实场景可以无缝平滑地融合,真实感较高。3、设计和研制了基于增强现实的动态红外场景仿真系统的实验样机,搭建短波红外双目立体视觉系统的硬件平台,完成双目图像的高速采集、预处理,以及立体视觉的软件开发,优化软件算法实时性;使用立体视觉获取红外场景中显著景物的深度信息;利用红外场景实时渲染引擎,完成仿真图像中的虚实遮挡融合;测试表明,实验样机能够实现红外场景三维建模和红外场景仿真功能,输出实时动态的红外场景仿真图像,系统实时性可达15帧/秒。系统通用性较好,可灵活进行功能扩展和应用推广。