微光夜视技术通过对光辐射能量的增强与电子成像,有效地延展了人眼的视觉频段,使人类在黑暗中正常活动成为可能,目前已在社会各领域得到应用。建立合理且有效的成像仿真模型能为微光夜视系统的开发提供指导意见,优化系统的组成结构,节省设备的研制开销,具有很大的研究价值。基于这样的背景,本文利用OSG渲染引擎设计了一套完整的微光视景仿真系统,能够实时且大量地生成多条件任意视角下逼真的微光图像,并详细研究了影响系统成像质量的关键因素。本文详细研究了微光成像的基本原理,建立起数字模拟场景与真实环境辐射能量分布之间的对应关系。针对ICCD和EMCCD这两类不同结构的图像传感器,建立了不同的数学模型,使其能更真实地反映系统的工作过程。为了有效提高微光场景仿真的真实感,本文推导了描述夜间光照分布的Lambert漫反射和BRDF双向反射模型,从公式计算和仿真效果两方面证明了该模型能很好地描述不同材质属性物体表面的光反射情况。采用数学建模的方法,做出函数曲线比较了 ICCD系统中超二代和超三代像增强器的MTF特性,总结出影响系统成像质量的主要因素。针对微光系统易受干扰的问题,本文通过软件仿真的方式,模拟出场景依次叠加传感器MTF效应、噪声因子和强光干扰后的成像效果,引入了图像的灰度均值、均方误差、信噪比、相关度等指标,完成对ICCD和EMCCD夜视系统抗干扰特性的定量评价。为了满足实时性的需求,本文开发了一种基于SNIC超像素分割原理的快速材质分类工具,将可见光遥感影像的材质分类效率提高了一倍以上。同时充分结合了 CPU和GPU各自的运算优势,将反射能量计算、大气效应计算、成像效应仿真等模块都移植到GPU中进行,极大地提高了模型渲染效率。本系统已通过用户单位的测试检验,基本达到国外成熟商业仿真软件的要求。