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融合夜视技术 :“夜猫子”必需的!

融合夜视技术是一项正在发展中的前沿技术,通过将多个工作在不同波段的夜视传感器获得的图像经过处理后生成高质量的融合图像,融合图像的分辨率更高,能够揭示出那些很难被看到的特征。按照融合的方式,融合夜视技术可以分为数字融合夜视技术和非数字融合夜视技术。融合夜视技术的发展有赖于硬件和软件技术的进步,在硬件上需要轻量化、小型化的的热像仪以及微光夜视装备等其他的夜视装备,在软件上需要能够对不同波段或不同工作原理的图像进行各种层次的融合。

从波段来看,用于融合的波段包括:可见光(微光)、可见光/近红外、短波红外、中波红外、长波红外。目前,最常见的融合夜视技术是可见光与红外波段的融合,也就是当前两种主要的夜视技术——微光夜视技术和红外夜视技术的组合。它的融合总有有3种方法:简单光学融合方法、叠加法或“A+B”融合法、全数字融合方法。全数字融合方法将不同的夜视图像逐个像素地进行融合,能够更好地适应外界环境的变化,但是实现起来也更加复杂。

目前融合夜视技术的研究主要集中在美国,从事相关技术研究的机构主要包括雷声公司、ITT埃克斯利斯夜视系统公司、L-3勇士系统公司、BAE系统公司电子系统部和DRS技术公司成像与瞄准方案部、萨诺夫公司等。

早在2005年,美国陆军就已经启动了增强型夜视眼镜的研制计划,由ITT公司负责开发基于光学方法实现微光和红外图像融合的融合性夜视眼镜的开发。随后,美国陆军又启动了第二代该进行增强型夜视眼镜的研制计划,并于2014年启动第三代增强型夜视眼镜的研制计划。与此同时,美国陆军也在积极地开展基于数字融合的数字式增强型夜视眼镜的探索研究,开发能够融合可见光、微光以及红外成像并具有多种工作模式的新一代融合夜视装备。除了陆军外,美国国防高级研究计划局也很早就开展了融合夜视技术的研究。早在2005年,DARPA启动了多光谱自适应联网战术成像系统(MANTIS)项目,开发在可见光/近红外(V/NIR)和长波红外(LWIR)和短波红外波段实现自适应图像融合的新型夜视装备。2013年,DARPA又启动了一个类似的项目——动态可视化像素网络(PIXNET),开发一种安装在头盔和武器瞄准具上的夹持式摄像机系统,这种摄像机能够对集成的可见光、近红外和红外传感器进行多波段图像融合。

目前,美国已经成功研制并装备了一代和二代增强型夜视眼镜。2006年,由DARPA牵头开发的的MANTIS样机已经交付给美国陆军进行试用和评估。样机采用大规格1280×1024元铟镓砷(InGaAs)焦平面阵列,其获得的图像还可以储存下来,并可以调用回放最后10s内的图像。2009年6月前后,ITT公司向美国陆军交付了数字式增强型夜视眼镜样机用于评估,样机中的微光传感器是由微通道面板(MCP)与CMOS传感器组合而成的新型数字传感器——MCPCMOS。

基于融合夜视技术的新一代夜视装备将可以装在头盔和步兵武器上,能够帮助步兵和小型作战单元在白昼、黑夜、烟雾、沙尘等各种恶劣环境下探测、识别、辨别战场威胁,并可以通过无线网络实现战场信息共享,从而增强战术、技术和流程优势。作战人员还能够做到“先敌发现,先敌射击”,因此提高其综合作战能力和生存能力。

融合夜视技术未来的发展方向是数字融合夜视技术,也就是通过现金的数据处理硬件和软件/算法实现多波段图像的自适应融合,使其能够快速而准确地实现战场感知、发现和识别潜在的威胁以及进行战术瞄准射击,从而使其能够更好地适应各种作战环境和作战任务。


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