随着科学技术的迅猛发展,红外成像探测技术在很多领域得到广泛应用,多种红外成像系统被陆续开发。但由于场地、成本、时间、人力等限制往往无法通过外场实验拍摄红外图像,对红外成像探测系统性能进行测试,为了解决这一难题,通常采用仿真的方法获取红外图像数据测试系统特性。本课题来源于国家科技支撑计划课题“深远海海面遇险目标机载红外搜寻定位技术”。由于不同的红外成像探测在不同的方位,以不同的姿态拍摄地物场景时所获得的图像是不一致的,且地物在图像中的形状、大小、位置也是不同的,因此,对三维地物场景的成像仿真是本文的一项主要的研究工作。另外,仿真场景中云的形状、大小以及云底高度不同,会使得云在仿真图像中的形状和位置不同,而仿真图像不同,云的影响也不相同,因此研究基于仿真图像的云几何仿真也是本文的一项研究内容。根据课题的具体情况,研究了不同坐标系的转换关系,求解了对应的坐标系转换矩阵。根据焦距、视场角等成像系统内部参数以及拍摄位置、姿态等外部参数建立了仿真成像模型,作为几何成像仿真的依据。本文研究了三维地物场景的成像仿真,首先对地物场景进行三维建模生成三维模型,然后通过实验获取地物场景的红外纹理,对模型进行纹理映射生成红外地物场景。研究了几何成像仿真原理,结合OpenGL进行三维地物成像仿真的实现,根据不同成像系统内外参数等对地物场景进行仿真获取红外图像。为了实现基于仿真图像的云几何仿真,本文研究了仿真图像之间的几何变换模型,即根据同一场景两帧图像的仿真参数求取像素位置映射关系,然后根据在一帧仿真图像中提供云的几何信息,解析云在另一帧仿真图像中的几何信息,进而完成对仿真图像的云仿真。本文对三维地物场景成像与基于仿真图像的云几何仿真进行了软件实现,并开展了仿真实验。实验结果表明本文研究的三维场景成像仿真能够在不同成像系统内外参数下有效获取地物场景的仿真图像,云几何仿真能够将各种条件下的云添加到不同的仿真图像中。