主动红外夜视仪

日前，中国计量科学研究院研制的微光夜视仪测量装置顺利通过国家质检总局组织的专家鉴定。　　微光夜视仪是在夜间无人工照明情况下用于目标观察的光电成像仪器，是低照度环境下摄取图像的重要装备。为统一弱光光度量值，确保微光夜视行业的量值统一性和可溯源性，并为各种微光夜视仪和微光成像系统进行性能评价，我国迫切需要建立微光夜视仪测量标准装置和简易型现场评价设备。　　为此，中国计量科学研究院于2008年围绕夜视环境的模拟、夜视器件光学性能参数测试、简易型微光光度/辐射度测量仪器三方面开展了微光夜视仪测量装置的研究工作。　　项目组以微光夜视仪光电性能参数测量为重点，同时把测量对象扩展至各类光电成像系统及核心器件光电性能参数测量评价领域，首次建立了微光夜视仪测量装置和夜视辐射亮度测量装置。　　据课题负责人、中国计量科学研究院光学所副研究员徐英莹介绍，该项目在三方面实现了创新：一是微光夜视仪测量装置适于微光夜视行业光度量和辐射度量的量值溯源，相关参数的测试水平已步入国际先进行列 二是建立了夜视辐亮度测量装置，完成了弱光照度下光谱辐亮度的量值传递 三是研制了真实环境光谱模拟的可调积分球光源。　　目前，该研究成果已得到广泛应用，为飞机座舱照明系统、头盔夜视仪等提供了辐射度计量标准和光度计量标准，实现了光电成像系统/器件的性能评价，为微光夜视领域的量值溯源和量值统一打下了基础。

ul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong红外成像进击之路：从军用到民用市场延伸/strong/p/li/ulp　　有很多技术，最开始是由于军事的需求推动发展的，比如核技术、航天技术，今天谈及的红外热成像也是其中一个代表。夜视技术主要分为微光成像和红外热成像，由于微光成像容易受到环境强光影响，红外热成像变得越来越受欢迎，近年来民用市场发展非常迅速。/pp　　红外热成像最早起源于美国，法国、以色列、日本等国家早早掌握了核心技术。经过十几年的发展，以红外探测器为主的红外成像市场及其应用在中国逐渐形成了完整的产业链。/pp　　红外热成像仪是一种可将红外图像转换为热辐射图像的技术，该技术是一种无损检测技术。由于红外成像技术的热敏感性，可用于军事战斗，特别是夜间战斗，同时可用于战斗机、雷达探测，以及航空航天应用，也可帮助边防监控设备在丛林、雨林等观测条件不利的场所及时发现目标。红外成像设备在夜间监控与公共安防也大显神威，在岸防、港口监控、夜间海面搜救、船只辅助驾驶、船上监控等领域得到了广泛应用。/pp　　在消防方面，红外成像发挥了巨大的作用，如今的消防人员可以手持红外热成像仪，准确判断着火点位置。另外，红外热成像仪能够穿透烟雾，发现浓烟弥漫下晕倒、等待救援的生还人员。这比盲目搜索，会节省更多宝贵的时间，能拯救更多人的生命。/pp　　近年来随着红外热成像仪价格下降和性能提高，已经进一步得到推广，在安防、消防、电力、医疗、个人视觉系统、交通、气象等领域得到应用，红外热成像仪的商业应用前景非常乐观。/pp　　每年在北京举办的光电子中国博览会将会展示我国许多红外成像的最新技术，2018年高德红外、艾睿光电等公司在该展会上重磅推出了自主研发高端红外探测器。2019年第十一届光电子中国博览会再次盛大来袭，会议将于8月5-7日继续在北京国家会议中心举办，将集中展示红外材料、器件以及红外热像仪、红外探测器、红外测温仪、红外夜视仪器、红外智能高速球等红外设备及应用。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 634px height: 373px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b5b3d184-bf10-4db4-8f68-68038882607f.jpg" title="1.png" alt="1.png" width="634" height="373"//pul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong红外成像市场国产化：机遇大于挑战/strong/p/li/ulp　　以往很长一段时间，我国的红外成像产品被美国、日本、法国等国家垄断，而且由于红外成像可用于军事领域，西方国家针对红外产品芯片对我国实现严格审批甚至禁运。可喜的是，如今我国已经打破了西方国家对我国长达20年的技术封锁!中国是全世界第四个具备红外芯片的产业化生产能力的国家。目前，我国红外成像芯片领域三强为高德红外、大立科技和烟台睿创微纳。/pp　　近年来，我国的近红外光谱技术取得了长足的发展，业界普遍认为，近红外在中国有着非常大的市场前景。但一方面，近红外应用拓展不足，相关的检测标准、应用建设还不完善 另一方面，国内近红外市场主要由进口品牌占据，国产厂商市场拓展难度很大，种种原因使得国产近红外厂商面临着巨大挑战 最后，红外成像产业规划不足，企业各自为战，缺乏统一的顶层设计发展，甚至出现低端的恶性竞争，也制约了行业壮大。/pp　　如上述红外成像的应用多样化，功能逐渐在各行各业显现，市场需求量的增长是必然的。目前中国的红外探测器企业数量呈增长趋势，企业技术水平逐步提高，市场份额也不断提升。根据美国Maxtech International 的红外热像仪市场调查报告，2014 年民用红外热像仪的市场规模达到 31.07亿美元，预计在 2020 年，其市场规模可达 56.01 亿美元，民用红外热像仪的销售金额复合增长率 为 10.00%。据统计显示，2012-2017年，我国红外探测器市场规模年均复合增长率为14% 预计2018-2024年，市场规模年均复合增长率将达到15%。/pul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong光电子红外展 开创红外产业新时代/strong/p/li/ulp　　作为红外成像技术展示的一大盛事，2019年第十一届光电子中国博览会令人期待。展会期间，中国光学工程学会将牵手红外与微光技术应用产业联盟举办strong第八届红外及光电子产业大会/strong，此次会议将沟通航天航空、军事国防等单位对新型红外探测器应用的需求，促进新技术的实用化和工程化，为我国新一代红外系统发展确定方向，对促进业内各方人士的交流与合作都具有非常积极的意义。/pp　　会议邀请到来自中国航天科工集团飞航技术研究院张锋、南京理工大学陈钱、天津津航技术物理研究所卢进等多领域的专家学者将与红外行业专业人士齐聚一堂。沈阳自动化所罗海波、洛阳电光设备研究所王合龙等专家将从《智能化图像处理技术及其应用》、《国产化红外探测器技术及应用》、《国产化集成芯片技术及应用》等多方面解读行业的未来走向，为突破中国红外成像核心技术瓶颈献言建策。/pp　　我们诚邀各位专业人士与会，共同分享全球红外成像的市场发展报告!/pp　　/ppstrong会议联系人/strong：孙萍 sunping@csoe.org.cn，/ppstrong联系电话：/strong 022-58168877 13752197287/pp　　/pp 本届光博会观众免费参观预登记已全面上线，欢迎登陆展会官网或官方微信预约登记。/pp 展会报名地址：http://www.cipeasia.com//pp　　/pp　　strong联系方式/strong/ppstrong　　光电子· 中国博览会组委会/strong/pp　　服务热线：010-83739883/pp　　展会网址：http://www.cipeasia.com//pp　　宣传合作： 010-83739885/pp　　联系邮箱：zhanjiahe@csoe.org.cn/ppbr//p

机载红外夜视装备是现代飞机的重要传感器，主要用于辅助低空飞行、飞行着陆、侦察瞄准等用途。机载红外夜视主要利用目标与背景的热辐射进行成像，并送给飞行员进行视觉观察，工作波段主要覆盖短波、中波和长波。机载红外夜视技术可分为被动红外夜视技术和主动红外夜视技术，被动红外夜视技术是借助目标自身发射的红外辐射成像，从而实现对目标的观察；主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外光成像。近期，中国电子科技集团公司光电研究院的科研团队在《真空电子技术》期刊上发表了以“机载红外夜视技术及其发展趋势”为主题的文章。该文章第一作者为朱卓高级工程师，通讯作者为李季波高级工程师。本文总结了机载红外夜视装备现状，介绍了国外典型机载红外夜视装备的技术特点及其在辅助低空飞行、飞行着陆和夜间侦察／瞄准方面的应用，分析了目前机载红外夜视技术应用挑战及多光谱图像融合、大面阵高清红外成像、智能辅助飞行、三维视觉成像等技术发展趋势。国外典型装备情况民用领域国外机载红外夜视装备已被应用于民用飞机领域，辅助飞行着陆与导航。增强视景系统（EVS）是典型的机载红外夜视装备，采用红外传感器等设备获取飞机外部场景图像，进行图像增强处理，并在飞机平视显示器（HUD）上显示，使飞行员在包括雾霾、雨雪、烟尘低能见度和夜间情况下，能够更好地识别周围地形、机场跑道、辅助导航和着陆。EVS提高了飞机在起飞、低空飞行和着陆过程中的视觉感知能力，提升了执行任务期间人员的安全性。增强飞行视景系统（EFVS）是EVS与HUD的综合，它将EFVS获取飞机前方场景的红外图像与HUD上显示的主飞行信息融合，显示在飞行员前方的屏显系统上，保证所显示的图像、符号与外界场景是重合的。EFVS能够增强飞行员的视觉感知能力，在夜晚低能见度条件下，EFVS能将飞机前方场景呈现给飞行员，从而增强飞行员的着陆感知能力，提高操作的准确性。军用领域国外机载红外夜视装备已被广泛应用于军用飞机领域，一般采用多功能复合体制，除具备导航、着陆功能外，还可实现夜间侦察／瞄准功能。直升机载红外夜视装备法国Sagem公司开发的Euroflir 410系统装备于直升机平台，用于飞行导航、夜间侦察、目标识别和打击指示引导。该系统光电转塔包含了中波红外成像传感器、电视传感器、微光夜视传感器、激光测距机、激光照射器及光斑跟踪器，转塔质量不大于45 kg。配备红外成像传感器具有光学自动变焦功能，电子变倍后最小视场可达0.16°，可以更好地在夜间识别目标。系统除具备地理跟踪、地理指示及地理定位功能外，还具备对目标的成像识别能力，该系统对地面装甲车目标的识别距离为9.5 km，确认距离为5.5 km。战斗机载红外夜视装备F-35飞机的光电系统作为当前最先进的机载光电传感器系统，是典型的战斗机载红外夜视装备，包括光电分布孔径系统（EODAS）和光电侦察瞄准系统（EOTS）。EODAS由6套分布于机身的中波红外焦平面阵列传感器和光窗组成，每个传感器覆盖90°×90°视场，通过图像无缝拼接，为飞行员提供360°球形空域视野，通过对图像进行算法处理，实现昼夜导航、对面目标打击瞄准、对空红外搜索与跟踪、红外态势感知、全空域导弹逼近告警及毁伤效果识别等能力，图1所示为EODAS对地面的大视场显示图像和目标场景标识。EODAS获取的夜视图像和经过处理的识别符号可以叠加到F-35飞机的头盔显示器上，辅助飞行员了解周围态势。图1 F-35飞机EODAS系统观测到的夜间地貌吊舱红外夜视装备图2所示为F-15E战斗机挂装红外夜视设备显示的红外图像。美军从80年代开始，先后装备了多款带有前视红外（FLIR）的吊舱，从最开始洛马公司的“蓝盾”（LANTIRN）吊舱，到最新一代洛马公司的“狙击手”先进瞄准增强型传感器吊舱和诺格公司“莱特宁”吊舱的增强型传感器吊舱。与“蓝盾”吊舱相比，新一代吊舱能显示更清晰的视频图像。此外，这两款吊舱都有能力将这些视频图像信息发送给地面部队，提供重要情报。图2 F-15E战斗机平视显示器上的前视红外画面国外应用情况辅助低空飞行战机在中高空的飞行条件下，很容易被敌方发现和攻击，为了实现作战目的，飞行员会采用低空突防模式对目标进行攻击。当飞机在夜晚低能见度条件下低空飞行时，飞机的飞行环境复杂，驾驶员的视觉能力受到限制，无法快速有效地了解机身外部环境，无法对航迹上的高山、森林等危险目标和障碍进行有效规避，易导致事故发生。飞机着陆飞行员在着陆过程中，由于受夜晚光线暗或雨雾等低能见度天气影响，跑道及其周围指示灯的可视性变差，导致飞行员通过视觉获取的跑道及周围信息不足，无法正常降落。在民用领域，以EFVS和EVS大量应用于民用飞机起飞降落。在军用领域，在不确定战场环境下，不具备民航领域的基础导航定位、传感与地图信息，美军已开展了降级视觉环境缓解（DVE-M）项目。美国的Sierra Nevada公司使用多种传感器实时融合地形、图像和地面障碍数据，然后在EVS的支持下，根据字符系统和指令的引导，为飞行员的飞行路线提供目视标志。罗克韦尔柯林斯公司EVS-3000型辅助着陆系统在飞机平显上叠加的着陆图像如图3所示，根据字符系统和指令的引导，为飞行员的飞行路线提供目视标志。图3 在平显上叠加着陆图像夜间侦察/瞄准现代战争通常选择“月黑风高”的夜晚实施攻击，以最大限度地利用“单向透明”的战场态势，发挥己方红外夜视装备优势。夜间空袭依托机载红外夜视装备，能分清500米之外的目标和几千米之外的山峦、村庄，具有全天候发现、定位目标的能力，提高了飞机的战术使用灵活性和作战效能。技术应用挑战与发展方向机载红外夜视技术应用挑战主要有以下三个方面：（1）作用距离较近图像分辨率和灵敏度是红外夜视装备的重要参数，受制于当前红外夜视技术发展现状，现有机载红外夜视装备存在对目标成像距离相对较近、识别分辨率不高的现状。（2）机载红外夜视设备显示颜色单一现有红外夜视设备的成像会“失去颜色”，单一的颜色显示不利于飞行员对外界环境的视觉感知。一方面，机上显示设备都会变成单色，失去了其原先颜色代表的意义或者起到的作用；另一个方面，会影响外界的灯光使其变成单色，如机场跑道的精密进近航道红、黄指示灯。此外，飞行员持续观察显示器上的白色、绿色图像信息可能会引发视觉疲劳等情况，也不利于飞行。（3）大数据存储与计算资源有限机载红外夜视设备具备了在较大视场下捕获广域动态图像并实现监视的功能，会产生大量数据，目前已有的机载数据存储设备已不能满足需求，尤其是随着大面阵红外夜视设备的发展，会产生更大的数据量，这就要求飞机具有大数据存储的记录设备。随着机载红外夜视新技术纷至沓来，机载红外夜视设备的工作波段不断拓展、视场空域不断增大、可视距离不断提升、新质能力不断健全，逐渐成为军民飞机的标配。机载夜视技术的发展重点集中在以下几个方面：（1）多光谱图像融合不同波段的传感器可满足不同作战场景的需求，短波红外传感器的烟雾穿透能力强，相比中波红外传感器在目标与场景温度差异大的情况下成像效果好，长波传感器在目标与场景温度差异小的情况下具有更好的成像效果，微光传感器的生成图像与可见光图像相仿，更符合人眼视觉观察。通过图像融合技术，将多波段红外成像图像和微光夜视图像合成为一幅图像，这种技术有助于综合发挥微光成像和红外成像两种技术的优势，拓展视觉显示波段范围，使图像纹理细节更丰富，可有效提升机载夜视设备的观察能力。（2）大面阵高清红外成像的应用高性能光电探测器是机载夜视设备的核心，随着半导体集成和工艺等关键技术突破，探测器朝着小像元尺寸、大面阵规格方向发展。小像元能够使探测器小型化、提高系统分辨率、增加探测距离。大面阵探测器的分辨率更高、观察的目标细节更丰富、探测距离更远。目前，在红外探测器方面，雷神公司研发的红外探测器像元达到4096×4096，已成功应用于美国空军天基红外预警系统。将小像元、大面阵探测器应用于机载夜视设备中，更能够实现对夜晚目标的远距离、高清探测。（3）增强飞行视景系统智能化发展机载增强飞行视景系统将在夜间飞行安全领域发挥更加重要的作用，朝着智能感知、人机交互方向发展。增强飞行视景系统可利用传感器对机外场景进行多维信息感知，在探测到跑道、障碍物等威胁目标时，实施智能辅助决策，支持完成各种飞行动作、信息处置，为飞行员提供决策支撑。（4）向主动夜视技术应用拓展随着短波、中波、长波红外激光器技术发展，以及垂直腔面发射激光器（VCSEL）技术发展与应用，在夜间成像基础上融入了激光主动探测，进行三维识别，可在二维图像显示器上显示三维信息。三维视觉成像技术已逐步应用于汽车自动驾驶，后续机载夜视技术也将拓展三维成像识别功能，提供飞行员更多维度信息，进一步增强夜间视觉感知能力。结束语本文对机载红外夜视装备现状进行了综述，介绍了国外典型机载红外夜视装备的技术特点，分析了机载红外夜视技术在辅助低空飞行、飞行着陆和夜间侦察／瞄准方面的应用，讨论了该技术的应用挑战，给出了向多光谱图像融合、大面阵高清红外成像、增强飞行视景系统智能化发展、主动夜视技术应用拓展等方面发展的趋势。