本发明公开了一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，包括以下步骤：S1.在均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应的场景下，给定规则曲面表征和均匀平面电磁波入射信息，并确定X轴和Y轴上的网格剖分长度；S2.将规则曲面在XOY平面进行投影，得到投影的矩形区域RXOY，在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格；S3.对于平面二维离散矩形网格中的每一个网格，确定网格中心点在规则曲面上的映射点Rij，并确定Rij位置上的信息列表；S4.根据Rij位置上的信息列表，生成规则曲面表面电流感应特征图像。本发明能够有效降低离散误差，并且能够直观显示场强和曲面形状变化。
1.一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.在均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应的场景下，给定规则曲面表征和均匀平面电磁波入射信息，并确定X轴和Y轴上的网格剖分长度；
S101.设均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应，首先构建世界坐标系O‑XYZ；
给定规则曲面的表征公式为z＝f(x,y)，式中x、y的取值范围为：x1≤x≤x2和y1≤y≤y2，其中，x1、x2、y1、y2为世界坐标系下预设的参数边界；
均匀平面电磁波工作频率为f0Hz，入射方向为 水平和垂直极化场强分别为和S103.给定网格剖分密度为D，则在X轴和Y轴上的网格剖分长度Δx＝Δy＝λ/D，其中λ＝c0/f0为工作频率对应的波长,c0为自由空间波速；
S2.将规则曲面在XOY平面进行投影，得到投影的矩形区域RXOY，在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格；
所述步骤S2中，在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格的过程包括：根据X轴网格剖分长度Δx和Y轴网格剖分长度Δy，计算X轴剖分数nX和Y轴剖分数nY：在矩形区域RXOY内，生成(nX‑1)·(nY‑1)个网格，作为平面二维离散矩形网格；
S3.对于平面二维离散矩形网格中的每一个网格，确定网格中心点在规则曲面上的映射点Rij，并确定Rij位置上的信息列表；
S301.对于平面二维离散矩形网格中的任一个网格Gij,Gij网格中心点二维坐标Pij(xi,yj)为：xi＝(i+0.5)Δx,yj＝(j+0.5)Δy；
其中，i＝1,2，…,nX‑1；j＝1,2，…,nY‑1；
S302.将步骤S301得到的网格中心点二维坐标(xi,yi)代入规则曲面表征公式，得到：zij＝f(xi,yj)
然后得到该网格中心点在曲面上的映射点Rij(xi,yj,zij)S303.计算曲面映射点Rij上的感应电流Jij；
将规则曲面上被均匀平面电磁波照亮的区域上，任意一点r′的表面感应电流JPO(r′)为：其中，为r′位置上的单位法向矢量；
而对于工作频率为f0Hz的均匀平面电磁波，其入射到r′位置上的磁场分量表示为：其中，
＝120π为自由空间波阻抗， 为X轴、Y轴、Z轴三个方向的单位方向向量；
S304.确定曲面表面 位置上相互正交的单位切向矢量 和和单位法向矢量
其中， norm为矢量长度归一化函数，目的是将矢量长度变为1；
S305.将 作为r′， 作为 得到表面感应电流JPO(Rij)在单位切向矢量 和 上的分量Ju(Rij)和Jv(Rij)S306.得到表面感应电流JPO(Rij)在曲面表面Rij位置上的切平面分量Jt(Rij)S307.收集网格中心点位置上的zij、Ju(Rij)、Jv(Rij)和Jt(Rij)的xyz分量，分别用zij、表示；
S308.在i＝1,2，…,nX‑1；j＝1,2，…,nY‑1时，遍历平面二维离散矩形网格中的每一个网格，并对每一个网格重复执行步骤S301～步骤S307，直到完成(nX‑1)×(nY‑1)个网格的遍历为止，得到列表S4.根据Rij位置上的信息列表，生成规则曲面表面电流感应特征图像。
2.根据权利要求1所述的一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.初始化六幅数字图像，设置每幅图像的长宽分辨率分别为nX‑1和nY‑1，即设置屏幕用于显示图像的长边的分辨率为nX‑1，宽边的分辨率为nY‑1，这六幅数字图像分别记为Iz、Iu、Iv、Itx、Ity、Itz；
S402.遍历X轴上的nX‑1个网格和Y轴上的nY‑1个网格，并从列表Z、Ju、Jv、Jtx、Jty和Jtz中取得每个网格上的值的实部赋值给Iz、Iu、Iv、Itx、Ity、Itz对应的像素值；
S403.将六幅数字图像的值域按照线性规则进行归一化，使得最小值对应0，最大值对应1；
S404.显示并保存六幅数字图像，得到了六幅随X轴和Y轴像素点位置变化的数字图像，分别对应几何特征图像、表面感应电流U向分量表征图像、表面感应电流V向分量表征图像和表面感应电流X、Y和Z向分量表征图像。
一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法
技术领域
[0001] 本发明涉及特征图像的生成，特别是涉及一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法。
背景技术
[0002] 图形电磁算法将传统高频算法和计算机图形学结合起来，通过使用图形显卡的快速消隐功能来获取目标的可见部分，省去了传统高频算法中极为耗时的可见面判别过程，极大地提高了计算效率。
[0003] 然而由于硬件条件的限制，传统图形电磁学方法进行复杂散射体物理光学计算过程中仅仅将利用了像素的屏幕渲染属性即颜色属性，需要预先将目标几何参数离散化成离散的颜色深度信息，因此引入了计算误差；传统算法中积分是在屏幕显示的可见面元上进行的，导致其计算精度严重依赖于屏幕分辨率的大小；
[0004] 并且，传统图形电磁计算方法采用传统像素法对复杂光滑曲面进行离散，由于采用具有深度值的颜色值来对曲面坐标进行离散，必然引入离散误差；传统图形电磁计算方法生成的表面场分布图像并不具有任何几何意义和物理意义；传统图形电磁计算方法得到的曲面形状图不够直观，无法直观体现曲面形状变化情况。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，能够有效降低离散误差，并且能够直观显示场强和曲面形状变化。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，包括以下步骤：
[0007] S1.在均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应的场景下，给定规则曲面表征和均匀平面电磁波入射信息，并确定X轴和Y轴上的网格剖分长度；
[0008] S2.将规则曲面在XOY平面进行投影，得到投影的矩形区域RXOY，在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格；
[0009] S3.对于平面二维离散矩形网格中的每一个网格，确定网格中心点在规则曲面上的映射点Rij，并确定Rij位置上的信息列表；
[0010] S4.根据Rij位置上的信息列表，生成规则曲面表面电流感应特征图像。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明给出了规则曲面表面在单频信号波形电磁波激励条件下的表面感应电流特征图像的生成方法，生成的特征图像与电磁波的频率、规则曲面形式、电磁波的极化与入射方向相关，能够表征单频电磁波的散射特征，并且从图像中可以提取出该曲面在单频雷达照射下的电磁波成像信息；并且本申请生成的电流分布图像是曲面表面电流分布在二维平面上的投影，平面上的位置与曲面表面的位置一一对应，具有非常明确的几何和物理意义，且能够有效降低离散误差，能够直观显示场强和曲面形状变化。
附图说明
[0012] 图1为本发明的方法流程图；
[0013] 图2为规则曲面在XOY平面进行投影的原理示意图；
[0014] 图3为矩形区域RXOY内进行网格生成的原理示意图；
[0015] 图4为实施例中得到的Iz示意图；
[0016] 图5为实施例中得到的Iu示意图；
[0017] 图6为实施例中得到的Iv示意图；
[0018] 图7为实施例中得到的Itx示意图；
[0019] 图8为实施例中得到的Ity示意图；
[0020] 图9为实施例中得到的Itz示意图。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0022] 如图1所示，一种规则曲面表面电流感应特征图像生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0023] S1.在均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应的场景下，给定规则曲面表征和均匀平面电磁波入射信息，并确定X轴和Y轴上的网格剖分长度；
[0024] S101.设均匀平面电磁波照射到规则曲面，产生电流感应，首先构建世界坐标系O‑XYZ；
[0025] 给定规则曲面的表征公式为z＝f(x,y)，式中x、y的取值范围为：x1≤x≤x2和y1≤y≤y2，其中，x1、x2、y1、y2为世界坐标系下预设的参数边界；
[0026] S102.给定均匀平面电磁波入射信息：
[0027] 均匀平面电磁波工作频率为f0Hz，入射方向为 水平和垂直极化场强分别为 和
[0028] S103.给定网格剖分密度为D，则在X轴和Y轴上的网格剖分长度Δx＝Δy＝λ/D，其中λ＝c0/f0为工作频率对应的波长,c0为自由空间波速。
[0029] S2.如图2所述，将规则曲面在XOY平面进行投影，得到投影的矩形区域RXOY，在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格；
[0030] 在矩形区域RXOY内进行网格生成，得到平面二维离散矩形网格的过程包括：
[0031] 如图3所示，根据X轴网格剖分长度Δx和Y轴网格剖分长度Δy，计算X轴剖分数nX和Y轴剖分数nY：
[0032]
[0033]
[0034] 在矩形区域RXOY内，生成(nX‑1)*(nY‑1)个网格，作为平面二维离散矩形网格。
[0035] S3.对于平面二维离散矩形网格中的每一个网格，收集网格中心点位置上的zij、Ju(Rij)、Jv(Rij)，以及Jt(Rij)的xyz分量，分别用zij、 表示，并形成列表Z、Ju、Jv、Jtx、Jty和Jtz；
[0036] S301.对于平面二维离散矩形网格中的任一个网格Gij,Gij网格中心点二维坐标Pij(xi,yj)为：
[0037] xi＝(i+0.5)Δx,yj＝(j+0.5)Δy；
[0038] 其中，i＝1,2，…,nX‑1；j＝1,2，…,nY‑1；
[0039] S302.将步骤S301得到的网格中心点二维坐标(xi,yi)代入规则曲面表征公式，得到：
[0040] zij＝f(xi,yj)
[0041] 然后得到，得到该网格中心点在曲面上的映射点Rij(xi,yj,zij)
[0042] S303.计算曲面映射点Rij上的感应电流Jij；
[0043] 将规则曲面上被均匀平面电磁波照亮的区域上，任意一点r′的表面感应电流JPO(r′)为：
[0044]
[0045] 其中，为r′位置上的单位法向矢量；
[0046] 而对于工作频率为f0Hz的均匀平面电磁波，其入射到r′位置上的磁场分量表示为：
[0047]
[0048] 其中，为自由空间波
数,η＝120π为自由空间波阻抗， 为X轴、Y轴、Z轴三个方向的单位方向向
量；
[0049] S304.确定曲面表面 位置上相互正交的单位切向矢量和 和单位法向矢量
[0050]
[0051] 其中， norm为矢量长度归一化函数，目的是将矢量长度变为1；
[0052] S305.将 作为r′， 作为 得到表面感应电流JPO(Rij)在单位切向矢量 和 上的分量Ju(Rij)和Jv(Rij)
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] S306.得到表面感应电流JPO(Rij)在曲面表面Rij位置上的切平面分量Jt(Rij)[0057]
[0058] S307.收集网格中心点位置上的zij、Ju(Rij)、Jv(Rij)和Jt(Rij)的xyz分量，分别用zij、 表示；
[0059] S308.在i＝1,2，…,nX‑1；j＝1,2，…,nY‑1时，遍历平面二维离散矩形网格中的每一个网格，并对每一个网格重复执行步骤S301～步骤S307，直到完成(nX‑1)×(nY‑1)个网格的遍历为止，得到列表
[0060] S4.生成规则曲面表面电流感应特征图像。
[0061] S401.初始化六幅数字图像，设置每幅图像的长宽分辨率分别为(nX‑1)和(nY‑1)，即设置屏幕用于显示图像的长边的分辨率为(nX‑1)，宽边的分辨率为(nY‑1)，这六幅数字图像分别记为Iz、Iu、Iv、Itx、Ity、Itz；
[0062] S402.遍历X轴上的(nX‑1)个网格和Y轴上的(nY‑1)个网格，并从列表Z、Ju、Jv、Jtx、Jty和Jtz中取得每个网格上的值的实部赋值给Iz、Iu、Iv、Itx、Ity、Itz对应的像素值；
[0063] S403.将六幅数字图像的值域按照线性规则进行归一化，使得最小值对应0，最大值对应1；
[0064] S404.显示并保存六幅数字图像，得到了六幅随X轴和Y轴像素点位置变化的数字图像，分别对应几何特征图像、表面感应电流U向分量表征图像、表面感应电流V向分量表征图像和表面感应电流X、Y和Z向分量表征图像。
[0065] 在本申请的实施例中，以高斯曲面表面感应电流特征图像表征为例，f0＝3.5GHz，θinc＝45, 高斯曲面的表征公式为 A＝1，σ＝5，参数范围为：‑15≤x≤15和‑15≤y≤15；
[0066] 按照本申请的方法进行处理后，得到的Iz、Iu、Iv、Itx、Ity、Itz图像如图4～9所示，从图中可以看出，图5～9中的表面电流分布图中呈现非常强的波动中心，这些波动中心对应着散射中心，因此可以直接通过数字图像分析出目标散射体的散射中心分布情况，并且本专利生成的电流分布图像是曲面表面电流分布在二维平面上的投影，平面上的位置与曲面表面的位置一一对应，具有非常明确的几何和物理意义；本专利生成的电流分布图像具有空间连续的特点，在空间任意方向上的灰度变化是连续的。本专利生成的电流分布图像非常直观，用灰度值表征了标量场的强弱分布，从图像中即可观察到表面电流波动的中心，这些中心预示着曲面的散射或辐射中心。
[0067] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
