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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 最基本的伪装类型通常是士兵在战场上的服装，传统的迷彩服有两个帮助隐藏人的基本元素：颜色和图案。伪装材料被涂上暗淡的颜色，与周围环境的主色相匹配，在植被覆盖的地区，伪装通常是绿色和棕色，以匹配森林树叶和泥土，在沙漠地区，军队使用各种棕褐色，雪地气候的伪装是白色和灰色的。为了完成隐蔽，士兵们在脸上涂上与伪装材料相匹配的颜色，伪装材料可能只有一种颜色，也可能有几个颜色相似的模块混合在一起。使用这种模式的原因是它在视觉上具有破坏性，斑驳迷彩图案的曲折线条有助于隐藏身体的轮廓。当一个人在匹配的环境中看着一块斑驳的伪装时，大脑自然会将彩色斑点的线条与树木、地面、树叶和阴影的线条“连接”起来，这影响了一个人感知和识别穿着迷彩服的人或物体的方式。人类的感知自然将世界上的事物归类为独立的物体，当一个人看一个场景时，他用眼睛和其他感官收集了大量的信息，为了让意识从这些信息中获得有效信息，大脑必须将其分解成组成部分。当大脑感知到一个长而垂直的棕色区域，上面有绿色斑点时，就能感知到一棵树。当大脑感知到给定区域内的许多单独的树木时，就能感知到一片森林。 在分析视觉信息时，大脑一直在寻找的是连续性。想象一下，如果所有的积木都被涂成红色，人们就会把这一堆看成一个整体，但是如果下面的是红色的，上面的是蓝色的，人们可能会把这一堆看作是两个独立的单元。 如果一个人将蓝色块和红色块随机混合在一起，它根本不会将它们分组为彩色单元，如果事物有一种连续的颜色，人类倾向于把它作为一个独立的物体来识别，所以一个人穿单一颜色的比穿混合颜色的更容易引人注目。在森林里，你会感觉到伪装材料中混杂的颜色是周围树叶的组成部分。 另一种伪装是主动伪装，它在视觉光谱上与传统伪装有两个不同之处。首先，它用一个不仅与周围环境相似（像传统的伪装）而且与被掩盖的物体后面的精确表示相似的外观来代替被掩盖的东西，其次，主动伪装也能实时实现这一点。理想情况下，主动伪装不仅能模仿附近的物体，还能模仿远处的物体，可能远至地平线，创造出完美的视觉伪装。视觉主动伪装可以用来欺骗人眼和光学传感器。 
图 1 美国海军陆战队穿着与周围环境相匹配的迷彩服，破坏性的图案隐藏了他的身体轮廓许多主动伪装系统的例子都是虚构的，开发人员经常根据一些虚构的参考资料来给这项技术命名。例如，对在森林、山区或城市地区发现狙击手的可能性的分析（在目前的不对称冲突中最常见）表明，伪装有时相当有效。用于图像分析的可视摄像机和系统以及热像仪必须通过分析观察到的景物的温度分布来检测微小的温差（狙击手和背景之间）。在这两种情况下，使用主动伪装系统探测狙击手有时是不可能的。 科研人员目前正在开发一种材料，通过用镀银空心陶瓷微球扩散热辐射来抑制暴露皮肤的热信号。微球平均直径为45μm，并被结合到粘合剂中，以产生具有低发射率和扩散性的颜料。这组微球就像一面镜子，反射周围的环境光谱信息，从而扩散皮肤的热辐射。这些新的超材料和纳米材料适用于通过光子学带隙器件（PBG）或更一般的光子晶体（PhC）制造新型红外热视觉伪装。他们根据红外光子吸收的原理，在特定的反射波段进行传输，新型伪装材料的下一步工作是开发新型仿生伪装材料，该材料由透明的聚氯乙烯表面、叶绿素-聚乙烯醇薄膜、高水蒸气阻隔水袋和纸张组成，它是通过模拟植物叶片设计和制备的。透明聚氯乙烯表面用于提供伪装材料的防水能力；叶绿素被隐藏在高氧阻隔聚乙烯醇薄膜中以提高其光稳定性；将水密封在高蒸汽阻隔性聚偏二氯乙烯袋中，以防止其蒸发损失；并用该纸模拟了植物叶器官的海绵状叶肉。光谱测试结果表明，伪装材料与植物叶片的反射光谱相似度为0.9983，在可见光、近红外和短波红外波段表现出相同的特征，经过3个月的光照处理后，伪装材料的光谱特征没有变化。仿生伪装材料显示出与植物叶片的高光谱相似性和良好的耐候性。 布鲁彻系统有限公司正在制造和销售一种有趣的热红外伪装“特征管理”材料技术，该技术可以保护任何物体不被光电设备（如热红外成像传感器）探测到。这种非常有趣的织物/材料使用金属化纤维来实现这种独特的红外信号减弱效果，有各种可见的迷彩印花，可用于服装（包括军用雨披和斗篷）和伪装网等。佩戴该材料制品的人会减少其红外辐射，从而降低辐射温度，可以成功地避免被人察觉。在紫外、近红外和全内反射（3-5μm/ 8-12μm）范围内，信号显著减少。在视觉范围内，该技术也非常有效，它有各种迷彩印花，可以适应各种类型的环境。有不同发射系数的各种背景颜色可供选择，以“变色龙”方式改变发射率的系统目前正在开发中。 
图 2 用于制做军用服装的材料：MARPAT沙漠（a）、MARPAT森林（b）和新型Hyperstealth SMARTCAMO DSP（破坏性狙击模式）（c）用于制造士兵服装的其他类型的伪装材料将在从可见光到远红外的宽光谱范围内提供掩蔽（图2a和图2b）。这种材料能够显著降低上述光谱范围内的特征，此外还会使高光谱探测技术更难有效应用[8ˉ¹1]。使用这些新伪装材料的设备（图2c中的样品）将于2012年交付给美国陆军。 用于士兵个人和军事装备的新型伪装材料的出现，迫使人们同时开发多光谱和高光谱系统来探测隐藏的伪装物体。使用在不同光谱波段工作的几个传感器，在红外光谱的不同波段进行观察，以及应用图像和数据融合技术，所有这些方面都增加了检测任何被遮挡物体的可能性。观测系统还配备了主动传感器，使用激光照射场景，根据测得的反射率数据提供附加信息。通过将图像增强技术应用于观察系统，可以实现进一步的改进。 本文将介绍目前不同武装部队使用的各种制服的实验室和现场测试结果，测试涉及热成像，在0.2-2.5μm、3-5μm和7.5-11.5μm光谱带中进行（用高性能热像仪进行测试），在1.5-5.5μm和7.5-11.5μm光谱带中进行高光谱测量（用成像傅里叶变换光谱仪进行）。还将介绍测试期间记录的目标特性分析。 在实验室和现场测试期间，测试了来自不同武装部队的六种不同制服类型，其中五种目前正在使用，一种已经淘汰。制服由不同的材料和不同的织物（类型和成分）制成，提供了足够多的样品供测试和比较。每套制服都有自己的迷彩图案（色标），适合不同的作战区域：森林、沙漠和城市。每个测试制服的样品如图3所示。 还有伪装网形式的辅助伪装元素，覆盖设备或整个士兵，以隐藏他的射击位置。其中两种伪装元素也进行了测试：一个伪装网和一个狙击手伪装系统。伪装网由不同颜色的塑料材料制成，覆盖支撑网结构（图4a）。 
经过测试的狙击手伪装（如图4b所示）基本上是一套由薄织物制成的制服，上面覆盖着彩色的线，形成了森林行动的伪装图案。该系统在可见光和红外光谱范围内都很有效，能有效吸收士兵身体散发的热量。 
图 4 通过沉积彩色塑料层（a）和狙击系统伪装（b）制成的掩蔽网士兵穿着不同类型的制服，在实验室和现场进行测试，包括热成像，在0.2-2.5μm、3-5μm、7.5-11.5μm光谱范围，用高性能热像仪进行测试，1.5-5.5μm和7.5-11.5μm光谱范围的高光谱测量（用成像傅里叶变换光谱仪进行）。此外，使用Lambda 900分光计，在光谱范围0.2-2.5μm内，测量每种均匀颜色和每种表面颜色的反射系数。每次测量都采用相同的方法，以提供可比较的结果。测量结果由测量设备制造商提供的软件以及在Matlab环境中创建的软件程序进行分析。 3.1测试传感器在测量过程中，使用了三个高性能红外摄像机：近红外（0.2-2.5μm）、MWIR（3-5μm）和LWIR （7.5-11.5μm）以及两个成像傅里叶变换光谱仪，分别在1.5-5.5μm和7.5-11.5μm光谱范围内进行。天气状况由便携式气象站监测，温度、湿度和风速作为附加数据记录下来。因为使用了近红外热像仪，入射光也由光水平计L-100监测。在实验室测试期间，稳定的红外信号由两个正方形12英寸，具有高表面温度稳定性的黑体提供。那些黑体被用来模拟人体散发的热量。所用设备使得收集大量数据成为可能，这些数据是对记录的热红外特征进行进一步分析所需要的。 在现场测试中，热摄像机和iFTS仪器被放置在距离穿着测试制服的士兵40米的地方。传感器套件位于地面以上4米处，这提供了额外的观察可能性。每个士兵姿势的采集持续30秒：站着、跪着和趴着。每次测量都同时记录天气状况和入射光，测试期间使用的测量仪器的基本规格如表1所示。 
3.2方法在实验室和现场测量期间，记录了测试制服的目标特性，以提取适合分析的特征数据。以50 fps的恒定帧速率和探测器的不同积分时间进行了几次连续记录。如此多种多样的记录参数将成为进一步分析和仪器最佳参数选择的良好参考，随后的分析中，对记录的数据序列进行了比较，并使参数的进一步优化成为可能。 士兵和背景的热特征数据记录在几个位置上：站着、跪着和趴着。其目的是获得特定的士兵特征数据，并确定合适的参数作为红外传感器探测伪装制服的标准。测量在一天的不同时间进行：上午、中午、下午和晚上，以评估入射阳光对测量结果的影响。所有的现场测试都在冬季进行，并对距离、环境温度、风速、大气压力和湿度等参数进行监测。所有制服的数据采集都是同时进行的，以便在类似的天气条件下获得可比较的结果。使用ALTAIR和ThermaCAM REASERCHER Pro软件包对结果进行评估。 超高速传感器和热像仪收集的数据被同时记录下来。为了获得伪装高光谱分析的最佳数据集，光谱分辨率被设定为3.1cmˉ¹。原始IFTS数据使用仪器附带的软件包进行转换。使用Matlab环境和开发的程序对实验室和现场测试期间记录的数据进行了额外分析。 实验室测试分为两个阶段，在第一阶段，所有制服的反射系数的测量在0.2-2.5μm的光谱范围内进行。系数是针对制服表面上迷彩图案的每种染料颜色以及所用染料的混合物进行测量的，这些测量是在干制服和湿制服以及模拟降雨条件下进行的，反射率结果被用于分析由近红外热像仪记录的数据。在实验室测量的第二阶段，制服被放在黑体表面，黑体的温度模拟人体的温度，用作参照物的第二个黑体仍然没有被发现。经过15分钟的稳定时间后，热像仪记录的图像显示了给定均匀性的红外吸收效率，同时收集高光谱数据并记录测试制服的光谱特征。
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