紅外成像探測技術(shù)發(fā)展趨勢淺談

浙江紅相科技股份有限公司 張昌義

在我國，紅外探測技術(shù)的發(fā)展歷史已經(jīng)接近60年，而紅外成像探測技術(shù)的發(fā)展時間也超過40年，受不同發(fā)展階段的歷史因素推進，接受了實戰(zhàn)考驗，所以在體制、方法、應(yīng)用以及理論等方面取得了理想的發(fā)展成績。伴隨紅外成像探測技術(shù)的快速發(fā)展，其在各領(lǐng)域中的應(yīng)用性能也隨之提高。特別是在新時期背景下，紅外成像探測系統(tǒng)目標與環(huán)境有所改變，且為紅外成像探測系統(tǒng)研制與生產(chǎn)提供必要支持的相關(guān)技術(shù)也隨之改變。當(dāng)前，紅外成像探測技術(shù)發(fā)展速度明顯加快，以期能夠與全新的戰(zhàn)爭形態(tài)及作戰(zhàn)方式相適應(yīng)。由此可見，深入研究并分析紅外成像探測技術(shù)發(fā)展趨勢具有一定的現(xiàn)實意義。

1.多種因素改變對紅外成像技術(shù)發(fā)展帶來的影響

伴隨目標、任務(wù)使命與環(huán)境的改變，使得紅外成像探測系統(tǒng)在體制、技術(shù)與理論等方面的發(fā)展發(fā)生了變化[1]，歸納成表一：

表一 目標、任務(wù)使命、環(huán)境改變對紅外成像技術(shù)發(fā)展影響

2.紅外成像探測技術(shù)的發(fā)展歷程

合考慮紅外成像探測系統(tǒng)發(fā)展的歷史進程，可以將其總結(jié)成兩個個不同階段，如表二所示：

表二 紅外成像探測技術(shù)發(fā)展階段

通過以上對紅外成像探測技術(shù)發(fā)展影響因素的分析和研究，綜

3.紅外成像探測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)實踐調(diào)查研究結(jié)果顯示，現(xiàn)階段紅外成像探測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀可以通過表三內(nèi)容體現(xiàn)出來：

表三 紅外成像探測技術(shù)發(fā)展狀況

4.紅外成像探測技術(shù)未來發(fā)展趨勢

4.1 新型多光譜紅外成像技術(shù)的發(fā)展

所謂的多波段探測亦或是多光譜成像，具體指的就是不低于一個的紅外譜段探測由目標發(fā)射輻射，屬于機載敏感應(yīng)用中目標進行探測與識別的有效路徑[6]。現(xiàn)階段，多波段探測器的實際應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但始終以探測器和光學(xué)單元耦合為 主要方式，而這種較為直接的技術(shù)路徑很容易引發(fā)現(xiàn)實問題，受譜段細分的影響，目標截獲的距離也很近。

為了對多光譜成像受譜段細分影響出現(xiàn)目標截獲距離較近問題加以解決，美國致力于對全新自適應(yīng)光譜成像器的研發(fā)，以期對常規(guī)性的多光譜與超光譜成像缺點加以克服[7]。

其中，自適應(yīng)多光譜紅外成像是對常規(guī)紅外焦平面陳列以及光學(xué)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，亦或是對智能化規(guī)模較大的集成探測芯片加以利用，保證可以同時探測諸多波段光譜，達到自適應(yīng)譜段選擇的要求，確保局部的背景與目標，亦或是所需識別材料對比度達到最大狀態(tài)，具備更為理想的空間分辨率與目標識別力，加快工作的速度，節(jié)省成本的支出。

現(xiàn)階段，已經(jīng)成功研制了新型自適應(yīng)光譜成像器，能夠?qū)崟r調(diào)整光譜通道數(shù)量，并且跟隨威脅場景匹配相對應(yīng)的識別功能，這一全新的自適應(yīng)光譜成像器也為焦平面陣列發(fā)展提供了必要的保障[8]。除此之外，以MENS為基礎(chǔ)的可調(diào)諧紅外探測器隨之發(fā)展，而且致力于對自適應(yīng)焦平面陳列的全面推進，對多光譜可調(diào)諧紅外探測器結(jié)構(gòu)進行了有效地驗證。若自適應(yīng)焦平面陳列能夠?qū)崿F(xiàn)在偵察、精準瞄準以及戰(zhàn)場監(jiān)視方面充分發(fā)揮紅外成像系統(tǒng)性能的目標。

4.2 紅外與多光譜偏振成像探測技術(shù)的發(fā)展

眾所周知，紅外偏振成像技術(shù)不僅具備亮度與顏色功能，同樣也是全新目標特性的一種成像傳感器模式。對于地球表面亦或是大氣中的所有目標，當(dāng)其處于反射亦或是發(fā)射輻射的狀態(tài)，就會因其自身性質(zhì)與光學(xué)基本定律確定其偏振特性。需要注意的是，各物體亦或是相同物體，在處于不同狀態(tài)的時候，所形成的偏振信息也存在差異，并且關(guān)乎波長，進行構(gòu)建偏振光譜。正是因為偏振信息與輻射有本質(zhì)區(qū)別，所以通過對偏振成像探測方式的應(yīng)用，能夠保證在更為復(fù)雜的輻射環(huán)境中對有價值的信號加以檢測，并通過成像形式將隱藏軍事目標顯示出來。

在短波紅外與長波紅外波段，偏振成像獲得了理想的收益，特別是和變化檢測的有效結(jié)合。在多光譜成像和偏振成像相互結(jié)合的基礎(chǔ)上，即可更好地提供高維目標信息[9]。英國與美國已經(jīng)也成功研發(fā)了短波紅外傳感器、中波紅外傳感器與長波紅外傳感器，借助了多路復(fù)用技術(shù)，對空域數(shù)據(jù)與偏振數(shù)據(jù)進行了快速地獲取，并且所獲得的數(shù)據(jù)信息能夠在國土安全方面得到運用[10]。

4.3 自適應(yīng)編碼孔徑多光譜紅外成像/偏振紅外成像技術(shù)的發(fā)展

以自適應(yīng)編碼孔徑為基礎(chǔ)的分辨率較高且大視場成像，只是對部分優(yōu)勢加以利用，而其他的優(yōu)勢尚未被開發(fā)[11]。在壓縮傳感器與編碼孔徑攝像機應(yīng)用領(lǐng)域拓展的過程中，即可對光譜以及偏振的特征加以利用，對場景物體予以合理化地識別。而在編碼孔徑成像方面，則能夠加工離散濾波器加設(shè)至瞳孔面自適應(yīng)掩膜內(nèi)部，并對探測器陣列衍射光線色散加以調(diào)整，就能夠在光譜儀編碼孔徑中構(gòu)成相應(yīng)的場景圖像。

5.結(jié)束語

綜上所述，基于紅外成像探測系統(tǒng)的長期發(fā)展，其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要性逐漸突顯出來。而為了能夠與未來戰(zhàn)爭環(huán)境的復(fù)雜化與任務(wù)多元化需求相適應(yīng)，紅外成像探測系統(tǒng)也必須要實現(xiàn)與時俱進地發(fā)展，以保證短時間內(nèi)獲取并且深入挖掘多維動態(tài)信息，對目標加以準確識別與跟蹤，進而發(fā)展至大視場、多維且分辨率較高的階段。

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