采用光譜探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)偽裝目標(biāo)的識(shí)別

劉江海+池格格+梅秀九+萬立

摘 要：為了在現(xiàn)代實(shí)現(xiàn)偽裝目標(biāo)的識(shí)別，設(shè)計(jì)了一種基于光譜探測(cè)的目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)對(duì)基于光譜探測(cè)技術(shù)的目標(biāo)識(shí)別原理進(jìn)行推導(dǎo)，分析了物質(zhì)光譜的產(chǎn)生機(jī)理與各個(gè)物質(zhì)之間光譜譜線的差異性。結(jié)果表明：該技術(shù)能夠在一定的實(shí)時(shí)性要求下，對(duì)偽裝目標(biāo)進(jìn)行有效識(shí)別，具有一定軍事應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：光譜探測(cè)；偽裝目標(biāo)；目標(biāo)識(shí)別

1.前言

隨著偽裝技術(shù)的飛速發(fā)展，戰(zhàn)場(chǎng)上目標(biāo)的可識(shí)別信息越來越少，所以識(shí)別偽裝目標(biāo)十分重要。目前用于目標(biāo)識(shí)別的方法有很多，傳統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)包括雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、激光探測(cè)技術(shù)、紅外圖像探測(cè)技和聲傳感器探測(cè)技術(shù)等。其中，基于雷達(dá)、激光探測(cè)的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)需主動(dòng)向目標(biāo)發(fā)射電磁波，易受戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，并存在被敵方發(fā)現(xiàn)的可能性，不具備被動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的能力；紅外圖像探測(cè)技術(shù)雖然能夠在全天候?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是紅外隱身技術(shù)的飛速發(fā)展制約了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用；聲傳感器探測(cè)技術(shù)僅針對(duì)于有聲目標(biāo)，具有一定的局限性。但光譜識(shí)別技術(shù)是基于待測(cè)物體發(fā)射、反射或透射、輻射的光譜信息，對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，因?yàn)楣庾V信息是由物體內(nèi)在性質(zhì)所決定的，所以不同物質(zhì)的光譜譜線之間必定存在差異。光譜識(shí)別技術(shù)通常是以光譜譜線的波長(zhǎng)強(qiáng)度以及譜線寬度作為物質(zhì)的光譜特征對(duì)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別。其在生物學(xué)藥學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和重要意義，近些年也逐步應(yīng)用于偽裝目標(biāo)識(shí)別等軍事領(lǐng)域。

2.光譜探測(cè)原理

高光譜遙感：全稱為高光譜分辨率遙感，是指用很窄（l/100）而連續(xù)的光譜通道對(duì)地物持續(xù)遙感成像的技術(shù)。在可見光到短波紅外波段其光譜分辨率高達(dá)納米（數(shù)量級(jí)，通常具有波段多的特點(diǎn)，光譜通道數(shù)多達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)以上，而且各光譜通道間往往是連續(xù)的，因此高光譜遙感又通常被稱為成像光譜遙感。

光譜分辨率：指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到5～6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。

傳感器的波譜范圍：一般來說識(shí)別某種波譜的范圍窄，則相應(yīng)光譜分辨率高。舉個(gè)例子：可以分辨紅外、紅橙黃綠青藍(lán)紫紫外的傳感器的光譜分辨率就比只能分辨紅綠藍(lán)的傳感器的光譜分辨率高。一般來說，傳感器的波段數(shù)越多波段寬度越窄，地面物體的信息越容易區(qū)分和識(shí)別，針對(duì)性越強(qiáng)。

3.光譜響應(yīng)特性

若以Rλ表示光譜響應(yīng)率，R表示響應(yīng)率。根據(jù)像管的響應(yīng)率的定義——入射輻射功率所產(chǎn)生的輸出光電流。則：

R=I/P=∫0∞PλRλdλ/∫0∞Pλdλ

考慮到：

Pλ=P（λ）Pm，

Rλ=R（λ）Rm。

式中P為入射輻射功率，I為輸出信號(hào)電流，Pλ為單色輻射功率，Rλ為光陰極光譜響應(yīng)率，P（λ）為單色輻射功率相關(guān)值，R（λ）為光陰極相對(duì)光譜響應(yīng)率，Pm為單色輻射功率最大值，Rm為光陰極光譜響應(yīng)率最大值。因此：

R=∫0∞P（λ）PmR（λ）Rmdλ/∫0∞P（λ）Pmdλ

=Rm∫0∞P（λ）R（λ）dλ/∫0∞P（λ）dλ

假設(shè)

α=∫0∞P（λ）R（λ）dλ/∫0∞P（λ）dλ

則有

R=αRm.

這里的α稱為光譜匹配系數(shù)。以下是查找的部分光譜響應(yīng)系數(shù)。

由表1不難看出綠色草木反射的輻射和暗綠色涂漆反射的輻射有在標(biāo)準(zhǔn)紅外光源下S-20有很大的不同，通過這個(gè)不同我們便能識(shí)別出油漆偽裝成草木，甚至在更多的情況下，我們能識(shí)別出不同的偽裝。

我們選取不同的目標(biāo)對(duì)象獲取相應(yīng)的光譜后，植被的光譜在680nm以后分反射率會(huì)提高，而非植被所表現(xiàn)出來的紅邊效應(yīng)與真實(shí)的植被的紅邊效應(yīng)有很大的差別。利用這個(gè)不同，我們便能實(shí)現(xiàn)利用光譜探測(cè)技術(shù)對(duì)偽裝目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。

4.結(jié)束語(yǔ)

光譜探測(cè)技術(shù)是以物質(zhì)構(gòu)成的光譜唯一性為基礎(chǔ)，將目標(biāo)的幾何、運(yùn)動(dòng)四維信息擴(kuò)展為五維信息。目標(biāo)的識(shí)別以光譜信息為第一特征，形態(tài)學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)為輔助特征，通過融合多光譜信息來識(shí)別目標(biāo)。光譜探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別在生物學(xué)藥學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和重要意義，也使得現(xiàn)代偽裝技術(shù)在對(duì)付光學(xué)、紅外、雷達(dá)偵察的基礎(chǔ)上還應(yīng)考慮不斷出現(xiàn)的新偵察技術(shù)，并研究相應(yīng)的偽裝技術(shù)和裝備，為軍事領(lǐng)域帶來了巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]操樂林，武春風(fēng)，侯晴宇，等.基于光譜成像的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)綜述 [J].光學(xué)技術(shù)，2010，36（1）.

[2]鄧瑛，王滿玉，申洋.超光譜成像技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 [J].空軍裝備研究，2008，2（6）.

[3]陳翾，張健，王艷武，等基于涂料性能參數(shù)的紅外隱身技術(shù) [J]光學(xué)精密工程，2009，17（2）：280-285

[4]白廷柱， 金偉其. 光電成像原理及技術(shù)[M]. 北京理工大學(xué)出版社， 2015.