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)能同時獲得中波、長波兩個大氣窗口的紅外輻射信息，同時具有兩種單波段成像技術(shù)的優(yōu)點。通過優(yōu)勢互補，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別系統(tǒng)對目標的探測識別成功率。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；探測識別成功率；目標溫度

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)計時通常分為5個光譜波段，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)境的擴展以及紅外隱身和干擾技術(shù)的進步，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的探測識別能力較差、自動預(yù)警系統(tǒng)虛警率高以及動態(tài)范圍不足等缺陷。如果能在熱成像系統(tǒng)中利用目標在不同紅外波段圖像里固有的、較強的差異性和互補性，獲取目標更多的有效信息，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)有公開的文獻資料來看，國外對紅外雙波段成像從20世紀中期開始就有所討論，到90年代末開始出現(xiàn)較多的成果?？v觀這些文獻資料，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，由于能夠同時響應(yīng)兩個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)實現(xiàn)裝備。表1所示是目前公開報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報道了他們采用兩個探測器研制的雙波段紅外成像系統(tǒng)“CLEMENTINE”的情況，該系統(tǒng)采用了兩個探測器，配合兩個焦距為100 mm的光學(xué)系統(tǒng)，保證兩個波段視場一致，并在后端進行圖像配準和融合。研制方進行了大量的數(shù)據(jù)采集試驗，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（Camillo Cavour）。該系統(tǒng)采用一個中波（3.7 ~ 5 μm）和一個長波（7.75 ~ 10.25  μm）兩個掃描型熱像儀構(gòu)成，探測器規(guī)格為288 × 6，瞬時視場為0.16 mrad（H）×0.32mrad（V），可以實現(xiàn)360°搜索。圖2所示為該系統(tǒng)構(gòu)成以及實際裝備實物圖。