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本文主要研究了机载探测设备多波段光谱成像中可见光成像仿真，成像设备是航空摄像机。通过分析摄像机成像原理及其成像特征，建立其数学模型。在摄像机的数字图像仿真的基础上，提出了结合最新图形硬件的仿真方法。该方法将数字图像仿真算法从CPU转移至图形处理器(GPU)，以GPU作为运算的主体，获得了良好的仿真效果，且实时性较高。文中首先介绍了图形处理器的发展历史和成像时数据流在图形流水线各个阶段的处理过程，以及三维实体成像为二维平面图形时的投影变换过程。接着分析了摄像机成像的核心部件——透镜系统的几何光学原理，并推导出摄像机成像的数学模型。本文研究的重点就是如何实现该模型，以及如何对该模型进行优化。针对摄像机成像的数学模型，本文首先应用了三种数字图像处理算法来进行仿真：正向光线跟踪算法、基于视觉的后处理滤波算法和改进的均值滤波算法。其中，正向光线跟踪算法将摄像机成像的物理过程转化为相应的数字图像处理阶段。后处理滤波算法和改进的均值滤波算法简化了摄像机成像的数学模型，从视觉角度模拟了成像时部分清晰部分模糊的效果。为提高成仿真的实时性，文章结合图形处理器的特点，提出了将数字图像仿真算法转移至GPU中实现的方法，该方法在三个方面提高了成像速度。第一，利用GPU的多纹理技术，将待处理的海量数据实时更新至预留的纹理内存，避免了CPU与GPU之间频繁的数据传输。第二，GPU可以一次处理多个像素，其并行数据处理能力大大加快了数据流处理过程。第三，充分利用了GPU的可编程性，通过分别重载顶点和片段处理程序，将成像的模糊度计算、均值滤波算法在GPU中实现。实验结果表明，该方法具有较高的运算效率，成像质量也得到进一步改善。