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美国主流夜视技术及装备概览,FLIR系统公司为挪威CV90战车提供热像仪

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[据德国《防务专家》2012年7月18日]2012年7月18日,FLIR系统公司获得了BAE系统公司价值1100万美元的合同,将为挪威陆军的装甲车提供一批热像仪。这些热像仪包括ThermoSight LIRC瞄准系统、ThermoVision DV55驾驶员视觉系统和ThermoVision SA90宽视场热像仪系统,将集成到CV9030战车上,交付工作将于2014年开始。这些热成像系统具有响应时间短、远距离成像性能突出、可实时图像增强的特点,经过了实战检验。其中,ThermoSight LIRC瞄准系统采用了量子阱长波红外探测器,工作波段7.5~9.3μm,分辨率可选择320×240和640×480,拥有双视场,可2倍/4倍数码变焦,功耗小于45W,重量不到5.5kg,坚固耐用,具有目标捕获、火力控制、前方观察等功能。ThermoVision DV55驾驶员视觉系统采用了长波红外氧化钒微测辐射热计红外探测器,工作波段为7.5~13.5μm,分辨率640×480,视场角55°,可2倍/4倍数码变焦,采用了电动快门,可自动进行对比度、亮度和非均匀性校正,重量为3.6kg,具有可定制视频覆盖、本地图像处理、自动增益控制等功能。ThermoVision SA90宽视场热像仪系统也采用了类似的氧化钒微测辐射热计非制冷红外探测器,分辨率为320×240,视场角为90°,此外还集成了1/3英寸CCD,分辨率为768×492,灵敏度为0.05lux,可用于车辆态势感知、部队防护和周界安全。在此之前,BAE系统公司已经在CV90战车上使用了一批上述热像仪产品,最新的合同将使CV90平台装备的FLIR公司热像仪产品数量继续增加。

一位指挥员说,在1991年波斯湾战争中,敌对双方的主要差别在于美军士兵可以在夜间发起攻击。如果你仔细听新闻广播,就会发现驻伊美军在白天执行安全等一般任务,而在夜间执行攻击任务。美国夜视与电子传感器管理局是美国夜视技术开发的核心部门,NVESD的工程师和科学家研究出了捕获人眼可看见的光谱部分以外的电磁辐射的方法,并且研制出了使美国士兵能在夜间和在白天一样作战的装备。夜视技术现有的两种夜视技术是像增强器和热像仪。像增强器捕获环境光,通过电子方式将其放大上千倍,在夜视镜等荧光屏上显示战场情况。环境光包括星光、月光和辉光。作为夜视装备,这种技术的优势在于体积小、重量轻、功耗低并且价格便宜。NVESD正在致力于提高像增强器的波长响应范围和灵敏度,扩大视场,并且正在研究先进的显示器和图像融合技术。自然环境中的大多数物体、人类或人造物体都会以热的形式辐射电磁波。热像仪或前视红外观察仪收集红外辐射,生成可供士兵观看的电子图像。热像仪不依赖反射的环境光,并可对穿透雾、霾和战场灰尘。热像仪有制冷型和非制冷型两种。制冷型需要进行低温制冷。而非制冷型尽管灵敏度没有制冷型的那么高,但是完全可以用于单兵瞄准具、步兵战车、导航、机器人和导弹寻的器上。NVESD从事制冷型热像仪研究的科学家正在进行多光谱成像、高灵敏度、高分辨率和内置信号处理技术的研究。目前非制冷研究是以小尺寸、低功耗、合理的成本、高灵敏度、高分辨率以及宽视场为目标。据称,目前手掌大小的非制冷热像仪已经问世。某业内人士称,现在设计人员面临的主要技术问题是如何使非制冷传感器具有制冷型传感器的性能。用户希望制冷型系统的作用距离远,分辨率高,不希望出现与之有关的维护问题。与制冷热像仪相比,非制冷热像仪不仅价格便宜,而且体积小,不需要制冷装置,但效率没有制冷型的高。非制冷型和制冷型热像仪现在应用很普遍,但是,制冷型热像仪在有些场合没有得到应用,如便携式设备等。图像融合图像融合是将像增强器和热像仪的关键成像数据进行混合。图像融合的一个目的是将士兵从夜视镜获得的图像与头盔上非制冷热像仪获得的图像进行融合。图像融合可以帮助士兵在茂密的森林等敌方环境下更好地进行机动。数字融合眼镜是一种双波段头盔夜视器材。它是将像增强图像和长波红外热像融合,增强在完全黑暗和非常昏暗的环境下的观察能力。DFG可以显示彩色地图,用一个电池组连续工作4个小时,采用了PVS-7的安装部件。在洞穴或建筑物中使用DFG可以具有很大的作战优势。目前,图像融合技术仍在研究之中,正在研究将两种图像重合在一起的不同的方法。碲镉汞目前,NVESD的一个项目正在将碲镉汞材料用于非制冷器件并将其制备在硅上。MCT不是"万能"的,但是对于高性能热成像来说是必不可少的。热成像必须制冷到77K。MCT必须在耐高温材料上生长。将MCT制作在硅上,应解决与非制冷热像仪有关的一些制造困难问题,但有望降低成本。NVESD目前正在进行此项技术的研发,要装备到部队还需要几年的时间。目前,正在对第二代非制冷热像仪进行改进,改进后用于陆军主战坦克和布雷德利战车。这种非制冷热像仪可以探测到更小的温差。自动目标识别NVESD正在进行的另外一个项目是辅助/自动目标识别,该项目旨在通过传感器上的一个计算机处理器来帮助士兵自动识别目标。处理器把车辆、敌军坦克等不同图像框在一个方框内,并对其进行识别。但是,这种方式并不是自动的而是辅助的,仍然要由士兵来识别。为使ATR系统能够自动捕获、跟踪、识别和辨别目标,目前正在开发硬件和软件算法。当这些功能通过热像仪等夜视系统中的信号处理来完成时,士兵的负荷将会大大减低,并且精度也将大大提高,从而同时提高自身的生存力和杀伤力。目前,这项技术也正处在研发阶段。陆军还希望为无人机开发小型热像系统。陆军的无人机要比空军的"全球鹰"无人机小得多,重量通常也要在45kg以下。

1.同步方式的选择 对单台CCD相机而言,主要的同步方式有:内同步、外同步、电源同步及等。其具体功能如下: □ 内同步:利用相机内置的同步信号发生电路产生的同步信号来完成同步信号控制; □ 外同步:通过外置同步信号发生器将特定的同步信号送入相机的外同步输入端,完成满足对相机的特殊控制需要; □ 电源同步:用相机的AC电源完成垂直同步。 对于由多个CCD相机构成的图像采集系统,希望所有的视频输入信号是垂直同步的,以避免变换相机输出时出现的图像失真。此时,可利用同一个外同步信号发生器产生的同步信号驱动多台相机,以实现多相机的同步图像采集。 2.自动增益控制 CCD相机通常具有一个对CCD的信号进行放大的视频放大器,其放大倍数称为增益。若放大器的增益保持不变,则在高亮度环境下将使视频信号饱合。利用相机的自动增益控制电路可以随着环境内外照度的变化自动的调整放大器的增益,从而可以使相机能够在较大的光照范围内工作。 3.背光补偿 通常,CCD相机的AGC工作点是以通过对整个视场的信号的平均值来确定的。当视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标时,所确定的AGC工作点并不完全适合于前景目标。当启动背景光补偿时,CCD相机仅对前景目标所在的子区域求平均来确定其AGC工作点,从而提高了成像质量。 4.电子快门 CCD相机一般都具备电子快门特性,电子快门不需任何机械部件。CCD相机采用电子快门控制CCD的累积时间。当开启电子快门时,CCD相机输出的仅是电子快门开启时的光电荷信号,其余光电荷信号则被泄放。目前,CCD相机的最短电子快门时间一般为1/10000秒;当电子快门关闭时,对NTSC制式相机,其CCD累积时间为1/60秒;对于PAL制式相机,则为1/50秒。 较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应,从而大大地增加了相机的动态分辨率。同时,当电子快门速度增加时,在CCD积分时间内,聚焦在CCD上的光通量减少,将会降低相机的灵敏度。 5.γ校正 在整个视觉系统中需要进行两次转换:CCD传感器将光图像转换为电信号,即所谓光电转换;电信号经传输后,在接收端由显示设备将电信号还原为光图像,即所谓电光转换。为了使接收端再现的图像与输出端原图像相一致,必须保证两次转换中的综合特性具有线性特征。 CCD传感器上的光和从相机出来的信号电压之间的关系为V=Lγ。在一个标准的TV系统中,相机的γ系数为0.45。对于机器视觉应用,γ系数应为1.0,从而为光和电压之间提供了线性关系。 6.白平衡 白平衡功能仅用于彩色CCD相机,其主要功能是实现相机图像对实际景物的精确反映。一般分为手动白平衡和自动白平衡两种方式。 CCD相机的自动白平衡功能一般分为连续方式和按钮方式。处于连续方式时,相机的白平衡设置将随着景物色温的改变而连续地调整,范围一般为2800~6000K。这种方式适宜于对于景物的色彩温度在成像期间不断改变的场合,可使色彩表现更加自然。但对于景物中很少甚至没有白色时,连续的白平衡功能不能产生最佳的彩色效果;处于按钮方式时,可先将相机对准白色目标,然后设置自动方式开关,并保留在该位置几秒钟或至图像呈现白色为止。在执行白平衡后,重新设置自动方式开关以锁定白平衡设置,此时白平衡设置将存储于相机的存储器中,其范围一般为2300~10000K。以按钮方式设置白平衡最为精确和可*,适用于大部分应用场合。 CCD相机处于开手动白平衡状态时,可通过手动方式改变图像的红色或兰色状况,有多达107个等级供调节。如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级等。 (end)

英国hoddesdon派睿电子公司正在推出一款COMPACT EYE OEM无快门热像仪引擎,该引擎可使红外热像仪在没有机械快门的情况下连续工作,用于非均匀校正情况下导弹制导、导弹预警、军事警戒、周边安全警戒、预先维护以及火力探测。

热像仪引擎工作波段8~14微米,灵敏度小于0.06℃,无论是否有非均匀校正快门,该引擎都可以作为一个开放框架式相机的一部分。为了消除对快门的需求,热像仪引擎连续工作,完全没有图像冻结。无快门引擎非常小巧,具备低噪声、启动时间短、耗电低等多种优点。

该热像仪还包括用于低能见度的算法以及防图像产生眩光的高光溢出保护系统,2倍和4倍电子变焦使用户更接近感兴趣区域的图像,用户还可以自定义ROI。该系统覆盖区成像分辨率高,用户可把需要的图像进行屏幕显示。

热像仪的图像可以屏幕显示,也可存储50张快照稍后进行更加深入的分析。相机提供标准的视频输出接口,也可通过USB或者LVDS导出,该系统可通过通信接口控制更细微的对焦和视野信息。

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