淺談偽裝目標光學偵察方法

邱守義+張玉榮

摘 要：介紹了偽裝目標偵察中常用的三種光學偵察技術，即高分辨率成像技術、紅外成像技術和多光譜成像技術。針對目前出現的新型偽裝技術，討論了光學偵察技術的發展趨勢，重點介紹了一種新型光學偵察技術——高光譜成像技術。

關鍵詞：偽裝目標；光學成像技術；紅外成像技術；高光譜成像技術

中圖分類號：O433 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.127

文章編號：2095-6835（2016）11-0127-02

在以信息化為主導的現代作戰模式中，高精度的軍事偵察技術能夠有效提供敵方重點軍事目標的方位信息，進而實施“外科手術”式精確打擊，以較短的時間、較低的消耗重創敵方的作戰體系。光學成像技術作為最直觀的偵察手段，日益受到世界軍事強國的重視。目前，常用的光學偵察技術主要有高分辨率成像技術、紅外成像技術和多光譜成像技術等。隨著現代偽裝技術的發展，常規光學偵察技術效能逐漸降低，以高光譜成像技術為代表的新型光學偵測技術應運而生，并在未來的戰場上發揮更高的效能。

1 常規光學偵察技術

1.1 高分辨率成像技術

高分辨率成像技術主要是利用大口徑光學系統，在可見光波段配合高效能探測相機，實現對偵察目標高空間分辨率的觀測。該技術作為人眼視覺的精細延伸，能夠較為直觀和真實地反映目標的外部特征。高分辨率成像技術的典型代表是美國“鎖眼”系列偵察衛星攜帶的高分辨率空間相機。其中，最先進的KH-12“鎖眼”偵察衛星采用自適應光學技術，可有效抑制大氣湍流對成像質量的影響，在外太空對地面成像的空間分辨率可達到0.1 m，能夠對地面軍事設施和大型軍用器件的部署進行有效偵察。

1.2 紅外成像技術

紅外成像技術采用紅外敏感探測器探測目標場景，工作波段波長比可見光波段大，包括近紅外波段（0.8～2.5 μm）、中紅外波段（3.5～5.5 μm）和遠紅外波段（8～14 μm）。紅外成像技術主要用于對可見光譜段偽裝的目標進行偵察，利用軍事目標和背景場景在紅外波段輻射特性上的差別對目標進行有效的識別。常用的紅外成像探測儀為遠紅外成像儀，又稱熱成像儀，主要探測目標的自發輻射特性，而非反射輻射特性，因而能夠在夜間或者微光條件下對軍事目標進行有效偵察。遠紅外成像探測相機多用于航天遙感偵察和地面軍事偵察中，利用美國的“掠奪者”無人偵察機、“陸地勇士”輔助偵察。未來單兵作戰系統等都會配備紅外成像儀。

1.3 多光譜成像技術

多光譜成像技術一般在成像系統中加入分光元件，通過探測目標場景3～10個光譜波段的圖像來細化探測場景圖像，并通過對比處理多幅不同波段的圖像識別軍事目標。多光譜成像技術在一定程度上打破了單一譜段成像探測的局限性。目前，大多軍用偵察衛星內都搭載多光譜成像儀，例如“鎖眼”KH-12型衛星上搭載一臺多光譜成像儀，其空間分辨率低于高分辨率成像儀，但是能夠顯示探測目標的光譜維度信息，與高分辨率成像儀配合使用能夠有效提高偵測能力。

隨著新材料和新技術的發展，各種新型偽裝技術應運而生，例如各種迷彩涂裝，可以大大降低軍事目標的可視度；各種偽裝涂料，能夠實現變色、吸收探測波段等技術；植物葉片仿生偽裝網，能夠模擬可見光和紅外譜段植被的輻射能量特性等。新偽裝技術的出現及應用對軍事偵察技術提出了更高的要求，使偵察技術逐漸向多維度、精細化方向發展。

2 高光譜成像技術

高光譜成像技術作為一種新型的偽裝偵察技術，日益受到各國的重視。

2.1 高光譜成像技術機理

高光譜成像技術是在多光譜成像技術的基礎上發展起來的新型偵察、探測技術，用于實現對探測目標場景的精細光譜探測，探測譜段從十幾個波段延伸到幾十甚至上百個波段，實現對探測目標場景三維數據立方體的探測，如圖1所示。

通過探測目標場景各點的精細光譜曲線，根據不同物質的光譜“指紋”效應，利用多種匹配方法，可以實現偽裝目標識別。常用的匹配算法有投影法、約束法、掩膜法等。隨著高光譜成像技術的發展，其在戰場上的作用日益凸顯。

高光譜成像技術可用于仿生偽裝網探測。綠色偽裝材料檢測的一種重要手段就是利用植物的“紅邊”效應。在680～720 nm的波段內，植被光譜反射率急劇升高，通過檢測光譜曲線在該波段的波動，可以有效區分人造仿生偽裝網和背景植被。而采用傳統的多光譜探測手段時，由于單個波段覆蓋光譜范圍廣，無法進行有效識別。

高光譜成像技術還可以用于軍事真假載具的識別。假目標通過模擬軍用載具的外形、顏色和熱紅外特性來進行軍事欺騙。采用譜段的成像相機或者熱紅外成像儀較難區分假目標和真實軍事目標；而采用高光譜成像技術，通過探測熱紅外波段的詳細光譜輻射特性，可以計算出目標表面的真實文圖和發射率，突破假設溫度測量的局限性，使得溫度測量更加準確，從而有效識別偽裝目標與背景。

2.2 高光譜成像技術分類

根據系統中分光元件的不同，高光譜成像技術主要分為三大類，即色散型、濾光型和干涉型。

2.2.1 色散型高光譜成像技術

色散型高光譜成像儀包括前端成像鏡、狹縫、準直鏡、色散元件成像物鏡和探測相機，其基本原理如圖2所示。目標光束首先經過前端成像物鏡成像，隨后被入射狹縫過濾；接著單個狹縫的光束被準直鏡準直成平行光束；進入色散元件后，光束角度隨波束的變化而變化，再經過成像物鏡后在探測相機中形成二維色散圖像。通過系統推掃，可以獲取完整的三維光譜圖像數據立方體。

色散元件主要分為棱鏡和光柵兩大類。由于棱鏡色散率較低，因此，其色散光譜儀光譜波段一般僅為幾十個，且光譜分辨率隨波數變化較為明顯；而光柵色散率較高，其光譜波段有數百個。美國多顆衛星搭載的高光譜成像儀均為光柵型。例如美國2000年發射的NEMO衛星所攜帶的近海海洋成像光譜儀，其0.4～2.4 μm譜段共有210個通道，包含1個可見光譜段色散型成像光譜儀和1個近紅外譜段色散型成像光譜儀。

2.2.2 濾光型高光譜成像技術

采用濾光片濾光時，通常光譜分辨率較低，只能進行多光譜探測。近年來，隨著電控濾光片（比如液晶調制濾光片和聲光調制濾光片）的發展，濾光型高光譜成像技術發展迅速。圖3所示為液晶調制濾光型高光譜成像儀。

該類儀器工作波段一般在可見光光譜近紅外譜段，探測速度快，需要對目標進行凝視成像，因此多被應用于地面偵察，光譜分辨率一般可達5 nm。系統內部無狹縫，空間分辨率較高。我國發射的月球車中搭載一臺液晶調制型高光譜成像儀，用于探測月球表面的物質。在軍事偵察中，大多將其用于車載地面偵察。

2.2.3 干涉型高光譜成像技術

干涉型高光譜成像技術又稱“傅里葉變換成像光譜技術”，系統無法直接探測目標場景光譜圖像，而是利用系統中的干涉儀獲取探測場景干涉圖像，利用傅里葉變換解調出光譜信息，其原理如圖4所示。系統中，干涉儀多采用邁克爾遜干涉儀、空間調制干涉儀等多種類型。干涉型高光譜成像技術在紅外波段，尤其是遠紅外波段具有較高的信噪比，常被用于遠紅外高光譜成像探測。例如美國2000年發射的強力小衛星上搭載的一款干涉型高光譜成像儀，加拿大Telops公司近年來開發的遠紅外干涉成像光譜儀，均可用于軍用飛機尾焰探測。

3 結束語

在信息化作戰模式下，通過信息對抗奪取信息權成為戰場致勝的焦點，軍事偽裝與偵查日益成為信息對抗的“前沿哨”。隨著精確制導武器及“斬首行動”等精確打擊方式的發展，許多國家逐漸實現了對多數目標的及時發現和摧毀，因此，針對偽裝目標的偵查技術的發展至關重要。本文簡單介紹了常用的光學偵察技術，并闡明了各種技術的應用背景及優缺點，隨后重點介紹了高光譜成像技術這一新型的軍事偵察技術，詳細介紹了其工作原理及系統分類。

參考文獻

[1]劉增燦，鄧愛明，周學梅，等.目標偵測與偽裝技術[J].四川兵工學報，2011，32（4）.

[2]范晉祥，岳艷軍.軍用紅外成像系統新概念新體制的發展[J].紅外與激光工程，2011，40（1）.

[3]袁文麟.多波段偽裝材料[J].紅外與激光工程，1994（2）.

[4]浦瑞良，宮鵬.高光譜遙感及其應用[M].北京：高等教育出版社，2000.

〔編輯：劉曉芳〕