本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自《紅外技術(shù)》2020年第4期

摘要：中長波雙波段紅外成像技術(shù)能同時(shí)獲得中波、長波兩個(gè)大氣窗口的紅外輻射信息，同時(shí)具有兩種單波段成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。通過優(yōu)勢互補(bǔ)，中長波雙波段紅外成像技術(shù)能夠提高裝備對各種復(fù)雜環(huán)境條件的適應(yīng)能力，提高各類作戰(zhàn)任務(wù)的成功率。在過去二十幾年中，歐美主要國家實(shí)現(xiàn)了從雙探測器雙波段成像到單探測器雙波段成像的發(fā)展及批量裝備，目前正向更高分辨率、更遠(yuǎn)作用距離的方向發(fā)展。中長波雙波段紅外成像技術(shù)主要用于提高各類主戰(zhàn)裝備對不同的作戰(zhàn)環(huán)境的適應(yīng)能力以及各類搜索跟蹤識(shí)別系統(tǒng)對目標(biāo)的探測識(shí)別成功率。此外，可以通過中長波雙波段紅外成像技術(shù)獲取目標(biāo)的溫度、光譜特性等特征信息，可用于反干擾、反偽裝。

關(guān)鍵詞：雙波段紅外成像技術(shù)；紅外探測器；雙波段光學(xué)系統(tǒng)；圖像融合；復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性；探測識(shí)別成功率；目標(biāo)溫度

0 引言

根據(jù)大氣對紅外輻射的吸收情況，紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常分為5個(gè)光譜波段，分別是近紅外波段、短波紅外波段、中波紅外波段、長波紅外波段和甚長波紅外波段，根據(jù)目標(biāo)的紅外輻射特性，用于觀瞄系統(tǒng)的紅外成像設(shè)備通常工作在中波或者長波波段。在很長一段時(shí)間里，受到紅外探測器材料及器件的制造工藝和成本的限制，以及紅外熱成像系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)不夠成熟，紅外熱成像系統(tǒng)只能工作在某一個(gè)單一波段。

隨著應(yīng)用任務(wù)的復(fù)雜化、應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)展以及紅外隱身和干擾技術(shù)的進(jìn)步，單波段紅外熱成像系統(tǒng)在很多應(yīng)用場景下存在對目標(biāo)的探測識(shí)別能力較差、自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)虛警率高以及動(dòng)態(tài)范圍不足等缺陷。如果能在熱成像系統(tǒng)中利用目標(biāo)在不同紅外波段圖像里固有的、較強(qiáng)的差異性和互補(bǔ)性，獲取目標(biāo)更多的有效信息，通過圖像融合技術(shù)，就能有效地提高系統(tǒng)的效能。本文綜述了幾種國外中長波雙波段紅外成像技術(shù)的發(fā)展情況，以及這些技術(shù)目前的應(yīng)用情況。

1 中長波雙波段紅外成像技術(shù)的發(fā)展

從現(xiàn)有公開的文獻(xiàn)資料來看，國外對紅外雙波段成像從20世紀(jì)中期開始就有所討論，到90年代末開始出現(xiàn)較多的成果。縱觀這些文獻(xiàn)資料，國外中長波雙波段紅外成像技術(shù)目前主要有3種類型：雙探測器雙波段成像技術(shù)、雙線列雙波段成像技術(shù)以及單探測器雙波段成像技術(shù)。

1.1 雙探測器雙波段成像技術(shù)

在早期，由于能夠同時(shí)響應(yīng)兩個(gè)波段的探測器尚未面世，以及相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)材料和鍍膜技術(shù)的限制，只能采用兩個(gè)不同波段的探測器，分離的光學(xué)系統(tǒng)來構(gòu)建雙波段成像系統(tǒng)，然后通過圖像的配準(zhǔn)和融合技術(shù)來獲得雙波段圖像。美國、德國、意大利、加拿大等國家都開發(fā)出了相應(yīng)的系統(tǒng)，并且有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)裝備。表1所示是目前公開報(bào)道的國外典型雙探測器中長波雙波段紅外成像系統(tǒng)簡介。

德國Thermosensorik、FGAN-FOM等公司在2003報(bào)道了他們采用兩個(gè)探測器研制的雙波段紅外成像系統(tǒng)“CLEMENTINE”的情況，該系統(tǒng)采用了兩個(gè)探測器，配合兩個(gè)焦距為100 mm的光學(xué)系統(tǒng)，保證兩個(gè)波段視場一致，并在后端進(jìn)行圖像配準(zhǔn)和融合。研制方進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)，獲得了大量640 × 512分辨率的圖像。圖1所示為用該系統(tǒng)采集的圖像數(shù)據(jù)，從左到右依次為中波、長波和融合圖像。

表1 國外典型雙探測器中長波雙波段紅外成像系統(tǒng)

圖1 德國“CLEMENTINE”系統(tǒng)采集的雙波段圖像

意大利軍用技術(shù)研究中心和SELEX GALILEO公司在2010年報(bào)道了他們?yōu)橐獯罄＼娧兄频撵o默發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于裝備意大利海軍的新航母加富爾號(hào)（Camillo Cavour）。該系統(tǒng)采用一個(gè)中波（3.7 ~ 5 μm）和一個(gè)長波（7.75 ~ 10.25  μm）兩個(gè)掃描型熱像儀構(gòu)成，探測器規(guī)格為288 × 6，瞬時(shí)視場為0.16 mrad（H）×0.32mrad（V），可以實(shí)現(xiàn)360°搜索。圖2所示為該系統(tǒng)構(gòu)成以及實(shí)際裝備實(shí)物圖。