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在当今的光电战争中，拥有最先进的探测和情报能力对一个国家的国防至关重要。这对于在军事行动和部署规划中获得战略优势至关重要。电磁频谱的红外区域是用于红外侦察和监视任务的关键所在。波兰军事技术大学建立一个红外特征数据库，对各种单兵伪装装置进行了密集的测量。红外高光谱和宽带多光谱成像传感器，目前已成为执行特征测量所需的关键技术之一。Terops Hyper-Cam LW产品代表了一种独特的商业产品，在收集高光谱红外图像方面具有出色的性能和多功能性。高光谱仪允许以非常高的光谱分辨率（低至0.25cmˉ¹）对目标（320 *256像素）进行红外成像。此外，波兰军事技术大学利用一套科学级商用红外传感器从宽带多光谱角度进一步测量和评估目标，本文给出了实验概念和测量结果。 关键词：红外特征，多光谱探测，超光谱探测，均匀伪装 实验室测试根据上述方法进行。首先，测量反射系数，然后评估通过特定制服的热传递速率。在下一个阶段，在长波红外光谱范围内测试制服的发射率值是根据计算机记录的数据进行评估的。 4.1反射测量测量是使用装备有150mm球体Pela 1001的Lambda 900 （Perkin Elmer）进行的。这个球体是为测量总反射率、漫反射率和镜面反射值而设计的。在200-2500nm的光谱范围内分析反射率值。在实验过程中，每次都要测量材料的反射率值，其红外反射率在0%至100%之间。该数据用作方法校正集，使用了反射率的认证标准SRS：2%、5%、10%、20%、40%、60%、80%和100%，作为所获得结果正确性的附加检查。 
图 5 配有球体Pela 1001 （a）和控制软件（b）的分光光度计Lambda 900 4.2多光谱测量制服在短波红外光谱范围内的透射系数是使用SC5600红外热像仪、SC2200红外热像仪和高度稳定的黑体作为模拟士兵身体的热源来测量的。应用的方法在这种测量中是常见的。结果用制造商提供的软件和红外热像仪进行了分析。该软件包含用于热图像分析的若干工具，例如对若干记录帧进行平均、分析所分析区域内温度分布的计算统计参数、分析时间参数和关系以及许多其他工具。 
图 6 实验室测试期间记录的数据：短波红外热像仪（统一编号1、2、6） （a） （b） （c）和可见光相机（统一编号1、2、6） （d） （e） （f） 在分析过程中利用的这些特征之一是能够给所选图像区域分配特定的发射率值。由于伪装图案中特定颜色的反射率测量，可以为每个分析的伪装区域引入相关的发射率值。测量过程中记录的样本图像如图6所示。 下一组测量是用SC2200热像仪在SWIR光谱范围内进行的。这些数据是在三种不同的环境光线下记录的（用精密测光仪测量光线水平）。在短波红外范围内记录的三种不同光级的红外图像也使用配套软件进行了分析，并指定了局部发射率值。 4.3高光谱测量高光谱仪是一款重量轻、结构紧凑的成像辐射光谱仪，使用傅里叶变换光谱仪（FTS）进行光谱测量，该光谱仪集成了一个320*256焦平面阵列检测器，可对其进行开窗和格式化，以适应所需的图像尺寸并缩短采集时间。MCT和锑化铟焦平面阵列分别用于覆盖LWIR和MWIR波段。光谱分辨率可由计算机选择，范围从0.25到150cm-1。 在实验室测量中使用了超高分辨率长波红外光谱辐射计。光谱数据是以3.1cmˉ¹的高分辨率记录的，这使得重新生成所有测试制服的光谱特征成为可能。记录的数据非常准确，因为该仪器具有两个内部校准黑体，用于对红外测量进行端到端辐射校准。该传感器还具有先进的采集和处理电子设备，包括4 GB的高速内存，能够使用实时离散傅立叶变换将原始干涉图转换为光谱，并实时执行辐射校准。 图9b显示了控制软件的屏幕截图（命名为RevealPro），在右侧，非均匀性校正的宽带红外图像以灰度代码显示，其中黑色表示低辐射水平，白色表示高辐射水平。图像中选定像素的未校准原始光谱（或操作员选择的干涉图）实时显示在屏幕左侧。使用显示软件包分析记录的数据立方体，结果获得伪装图案中使用的每种颜色的光谱特征。此外，在Matlab环境中编写的附加软件中对选定的高光谱特征进行进一步分析，以提取一些额外的信息。 现场测试在多点测试区进行，现场可以找到不同的地面覆盖物（草、砾石和沙子等）。数据结果记录可以由不同背景类型的均匀辐射组成。记录设备位于地面以上4米处（图7），因此测试对象是从上方观测的，就像真正的车载观测系统一样（传感器探头通常在地面以上3～4米处），也有可能获得与无人机操作类似的目标观察角度。测量期间的天气状况也由气象站监测，记录的数据随后被用于分析和比较。 
图 7 现场测试期间的测量设备 5.1多光谱测量在测量过程中，穿着测试制服的士兵采取了三种不同的姿势（站着、跪在障碍物后面和趴着），并记录了30秒长的图像序列。相机设置（温度范围、表观环境温度）进行了相应调整，以获得最佳效果。还进行了直接伪装对比，并同时记录了不同的制服类型。图8显示了这样一个案例，其中三名穿着不同制服的士兵同时被日光、近红外、短波红外和长波相机记录。 
图 8 现场测试中记录的数据：（a）可见光摄像机、（b）NWIR摄像机、 （c）SWIR摄像机、（d）LWIR摄像机 5.2高光谱测量超高速摄像机的测量结果通过高速摄像机接口输出，由干涉图、原始光谱或校准光谱以及包含所有配置参数和监控值的文档组成。瞄准红外视场的摄像机孔允许同时记录可见光图像（图9a），配置、监控和实时数据通过以太网链路传输到计算机。该传感器能够改变红外图像的焦点，产生从3米到无限远的清晰图像。超级计算机已在几个现场试验中成功使用。 测试数据由HyperCam LWIR、MWE两台设备在相同的时间和测量场景中进行采集，两种设备的光谱分辨率都设定为3.1cmˉ¹，以获得高分辨率数据，这些数据可以进一步分析，以确定试验伪装的有效性。分析将揭示不同背景类型的伪装效果和测试样品的详细光谱特征。另一方面，这种光谱特征是可用于战场监视观测设备光谱信息的最佳选择。使用显示软件分析记录的数据立方体（光谱和空间数据）（图9b）。 使用图9的询问目标配置，伪装织物的测量是在实验室环境中使用Hyper-Cam-LW传感器进行的。这种测量允许确定织物的固有红外发射光谱轮廓。由于所有目标都包含在同一个高光谱图像中，因此Hyper-Cam-LW用于在一次采集中测量精确黑体的红外光谱和伪装织物的红外光谱。考虑到每个目标相对于传感器的距离是相同的，可以从另一个光谱中减去一个光谱，以分离特定于织物的干扰。事实上，这个过程允许在假设目标处于相同温度的情况下减去大气干扰。 
图 9 现场测试期间的超级计算机（a）和RevealViewer软件（b） 根据在实验室和现场测试期间收集的数据，对测试制服的伪装效率进行了比较分析。这些结果将被双重利用：改善伪装本身的光谱特性，并为设计用来探测战场上伪装人员的观测设备选择最佳的光谱波段。 
图 10 迷彩图案中使用的所有颜色的测量反射率：制服1（a）和制服4（b） 在反射特性的测量过程中，伪装图案中使用的每种颜色都是独立测量的。特定颜色的测量重复10次。每个样本取自伪装图案的不同区域，然后对结果进行平均，以便将误差降至最低。1号和4号制服的样品结果如图10所示。这些结果将用于进一步分析由近红外热像仪收集的热图像数据。对湿制服的每种颜色进行额外的反射率测量，通过使用喷水器向每个制服喷水3分钟，并在5分钟的干燥时间后进行测量，确保了均匀的测量条件。图11显示了2号和4号制服（在干燥和潮湿条件下）单一颜色的样品反射率结果。 
图 11 均匀4和均匀2（干和湿）中使用的棕色色标的测量反射率 红外热像仪记录的热图像是用AltaIR软件处理的，这使得基本分析成为可能。初步分析的重点是确定不同光谱范围内测试制服的参数，并比较其遮蔽效果。为了评估最后的特征，对士兵所在的图像区域进行了统计分析，并计算了最大值、最小值、平均值和标准偏差等基本统计参数。为了获得辐射数据的真实值，应用了发射率校正。发射率系数对测量结果的影响可以通过高温非接触测温的几种方法来补偿。 
图 12 热像图分析：NWIR相机（a）、SWIR相机（b）、LWIR相机（c）。在温谱图上标记出均匀点（1-4）和背景点（5-8） 图12给出了两套制服和狙击手迷彩服的样本结果。这只是热像仪记录的所有分析数据的一个例子。结果汇总见表2。 表 2 现场测试期间记录的分析数据结果（SWIR相机的结果） 
实验室测试期间记录的数据以类似的方式进行分析。此外，还确定了每种制服的“透射”系数。在这次测量中，一个黑体被测试的制服覆盖，静态热参数从选定的区域确定。“透射”系数给出了关于有多少辐射被覆盖黑体透射的信息——给出了关于辐射透射和均匀辐射发射的结果，在相同的温度下，从一个相同的、不可见的黑体区域计算出相同的参数，透射率被确定为两个测量信号的平均值之比。根据该方法测量所有制服，样品结果如图13所示 
图 13 记录的热像图分析：SWIR红外热像仪，带有标记的区域和点（a），直方图来自分析区域（b）在AltaIR软件中分析两个区域后的数据 在0.8 - 2.5μm和3.5-5.5mm光谱范围内，所有测试制服的“透射”系数如表3所示。可以看出，SWIR光谱带的差异很小，而在NWIR波段，透射率差异很大。这主要是由染料的不同反射率和用于制作特殊制服的织物的特性造成的。 表 3 实验室测试期间记录的分析数据结果 
此外，还测量了每套制服中用于伪装图案的每种染料的反射率值。测量是使用NWIR热像仪完成的，因此反射率值是在一个光谱范围内确定的0.8-2.2μm。结果如表4所示。 表 4 实验室测试期间记录的数据分析结果
超级计算机记录的数据结果给出了关于均匀光谱响应的答案。所选制服的平均红外光谱（图13）在875-975cmˉ¹光谱区域显示出明显的特征，使得这种类型的织物在光谱上独特，但不同于其背景和其他类型的织物。该分析的结果如图14。
图 14 实验室测试期间记录的数据：伪装服的红外LWIR高光谱热像仪记录：伪装服的校准平均光谱（上图）精确黑体的校准平均光谱（下图）伪装织物的发射光谱（下图） 图15b展示了处于射击位置的士兵，当站在树干前面时，他站在植被覆盖的区域中。使用图15的测试目标配置，伪装织物的测量是在室外环境中使用Hyper-Cam-LW传感器测量的。Hyper-Cam同时测量士兵制服的平均光谱以及图像中的其他目标，如树干。 士兵及其周围环境的高光谱测量如图9所示。轨迹代表不同被测目标的平均光谱。树干的光谱测量显示在875～975cmˉ¹的范围内没有突出的光谱特征。树干表面的平均亮度温度为284.5K。士兵制服的光谱测量在875至975厘米ˉ¹范围内再次显示出一些明显的光谱特征。在实验室环境测量中，观察到该特定制服具有相同的特性，人们还应该注意到迷彩服的温度更高，可能是由士兵的身体产生的（+37摄氏度）。
图 15 野外环境中被测目标（树干和士兵制服）的LWIR高光谱测量结果 文中所展示的是多光谱和高光谱特征测试的案例。这些测量数据有助于分析伪装在实际作战使用条件下的有效性。根据收集的数据，可以评估哪种伪装图案和制服在选定的光谱带中具有更好的特性。通过比较均匀目标特性和背景特性，可以说明哪种伪装在真实的野外条件下提供了更好的掩蔽效果。 这些结果对于三维空间中真实物体的计算机仿真也是有价值的，其中光谱特征包括在模型中。研究结果还将用于开发采用多光谱和高光谱记录的新图像处理技术。 获得的结果证明了应用测量方法和先进测量系统的有效性，特别是多光谱热像仪和成像光谱仪。计划在这一领域开展进一步的工作，包括记录不同天气条件和一年中不同季节的红外特征，以便获得全方位的热特征和高光谱特征。因此，可以对四季不同天气条件下各种制服的伪装效果进行复杂的分析。
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