【隐创110期】光电传感器与伪装技术的体系对抗研究（节选一）
编者按：
焦平面阵列技术的发展推动了光电/红外成像技术的快速发展，随着性能的提升，可用性以及在各种系统中的应用也均有提升。从光电/红外成像过程及其对成像器性能的影响作为成像器性能的关键部分出发，利用从成熟的电子对抗科学中产生的知识和光电/红外对抗应用中的已知结果，提出了光电/红外对抗分类。使用这种分类，对当前已知的对策进行分析，试图确定未来工作的现有挑战。图像处理技术的最新进展，即人工智能在自动目标识别中的应用，可作为光电/红外成像的反措施，应单独考虑。
关键词：光电/红外成像系统，红外特征，目标特性管理，伪装，自适应伪装，隐身技术，低可探测技术，暗室
光电/红外辐射探测的应用为在白天和黑夜以及恶劣天气条件下提供军事活动的情报、监视、侦察、打击系统领域提供了新的能力。即使最简单的光电/红外传感器用于导弹导引头也可以被认为是原始的成像传感器，作为应对措施，应考虑采取大量光电/红外对抗措施，为己方部队提供更好的保护。光电/红外对抗仍然是电子战的重要组成部分，伪装可以被认为是对策之一。
隐身是一种使用隐藏和伪装的技术，以最大限度地减少对部队、武器、设备和设施的检测或识别。伪装在战争中使用了很长时间，但在可见光谱中，它包括利用直接的环境，以及使用自然和人工材料在敌人面前提供“消失”的效果。生物伪装系统为动物提供了惊人的能力，并激励人类考虑设计和应用人工技术来隐藏自己的力量。可见光谱的初步成功破坏了将人工伪装系统用于光电/红外成像系统的研究。光电/红外伪装是光电/红外对抗的重要组成部分，在可见光伪装发展的早期阶段，技术和方法通常是被动的。用于人工伪装系统的材料和组件的系统研究和开发，提供了更复杂的解决方案，包括从系统级应用角度出发的传感、计算、通信和驱动。目前，主要聚焦于主动和自适应伪装技术领域，这些技术可以在可见光和对抗光电/红外传感器方面提供更好的效果。成功的光电/红外对抗和伪装方法应该是多学科综合的，在设计过程中需要体系的思考。
现代光学对抗预计激光对光电传感器的应用是最有效的。在过去十年中，伪装技术的发展取得了重大突破，引入了适用于主动和自适应伪装系统应用的新材料和技术解决方案。
光电/红外成像技术的新发展、新成就及其在军事系统中的广泛应用，要求光电/红外对抗和伪装有新的方法。
新方法提供了更复杂的解决方案，这促使研究团队重新思考在早期所做的一些评估。军事装备固有的快速技术发展和缓慢作战部署之间的差异是影响光电/红外对抗效能评估和在该领域更广泛应用的一个令人困惑的因素。此外，可应用的探测技术的多样性要求在对抗措施开发和评估过程中采用多学科方法。此外，目前的工作更多地侧重于组件，而不是光电/红外对抗和伪装的系统挑战。因此，研究人员试图对光电/红外对抗和伪装技术及其对光电/红外成像技术发展的影响进行简短的评论，反之亦然。研究人员回顾了许多关于伪装技术的出版物，但这篇文章更多的是“开箱即用”的观点，而不是内部判断，但我们相信，它对参与光电/红外成像仪开发的人员和光电/红外对抗研究和开发团体同样有用。
研究人员首先讨论了光电/红外成像系统的应用特性和技术进步，然后对对抗和伪装的可能性进行了综合分析。伪装和对抗成就的一些重要例子被提出来说明在哪里和如何实现一些成功。最后，提出了一些新的技术解决方案和技术进步，可以为进一步的光电/红外对抗和伪装发展铺平道路。总之，研究人员正在努力建立光电/红外成像系统发展成就与对策和伪装可能性之间的相互联系。此外，试图确定一些关键问题，应该解决的成功应用和光电/红外对抗和伪装效能评估。
如今的电子图像传感器是成熟的技术，覆盖图1所示的各种光谱区域。光谱区域的边界主要由大气透射窗和背景/目标主发射段定义，其中场景光谱特征为电子图像生成提供足够的信号。红外电子成像系统由于支持夜视，在发展历史上被认为是非常重要的贡献。因此，尽管它本质上是属于光电的，但它被单独考虑。
图 1 大气传输和光电/红外成像传感器光谱灵敏度波段
关于目标的关键信息包含在场景特性中，所以如果想考虑任何光电/红外对抗或伪装技术，应该从场景特性研究开始，考虑特性随时间变化的影响。红外热成像传感器技术现已成熟，可提供高灵敏度的数字图像，并适用于高级图像处理。
影响光电/红外成像系统的影响如图2、图3所示，通过相互作用，可以人为地产生一些影响作为对策，这些影响可以影响图像形成过程。光电/红外对抗可以成功地应用于某些特定情况，但实际上不可能制定通用的对抗措施。结果表明，模拟试验和现场试验相结合，可以得到适用的对抗系统。缺乏明确的对策效力标准和品质因数定义使这项任务更加复杂。军事装备固有的快速技术发展和缓慢作战部署之间的差异是光电/红外对抗应用的限制因素之一。场景特性在这段时间内会发生变化，这是因为有许多过程对其内容做出了贡献。对有助于场景特性退化和传感器检测过程的良好了解对于潜在对策的定义非常重要，而且对于光电/红外传感器图像处理算法的定义也非常重要。
图2 影响光电/红外成像系统应用的影响
光电/红外传感器捕捉并分析场景图像，它利用场景图像处理方法来准备图像以供人类观察者显示或自动识别目标。在这两种情况下，都有必要遵循已定义的目标识别标准（Introductory Review of Target Discrimination Criteria），在使用多光谱传感器的情况下，相关的处理方法可能很复杂。如今，人工智能技术为目标分类提供了新的高级标准。此外，传感器网络和多传感器数据融合的应用与人工智能技术相结合，可以实现更准确的目标分类。
2.1光电/红外成像系统图像形成和退化源
来自场景的电磁辐射是光电/红外成像传感器的基本辐射源。到达光电/红外成像传感器的电磁波结构可能是复杂的，并且取决于许多效应。电磁辐射在多种过程中与物质相互作用：
反射-背景（天空、太阳）辐射可以从目标表面反射。在镜面反射的情况下，反射角等于入射角，或者在漫反射的情况下，它可以在半球中反射。
折射-在透明目标的情况下，当辐射通过两种传播速度不同的透明介质时，其传播方向会发生变化即折射率（斯内尔定律）。
散射-散射发生在与传播介质中的粒子相互作用时，高度依赖于粒子大小、形状和折射率。
衍射-这种相互作用发生在障碍物的边缘。
干涉-这种相互作用以建设性和破坏性的方式发生。
吸收-当被物质吸收时，辐射转化为另一种形式的能量。最常见的转换是加热。
辐射-辐射是由物质从另一种形式的能量（通常是热量）转换而来。在热量的情况下，辐射能量的数量取决于温度和表面发射率（普朗克定律和斯特凡·玻尔兹曼定律）
透射-通过部分透明的介质传播。传输取决于成分和传播路径，传输可能受到吸收和散射过程的限制。这种效应可用于目标辐射鉴别，防止来自传播路径上其他源的散射辐射。其中一些过程在目标特性形成中具有非常重要的作用，可以用于光电/红外对抗的定义。
场景中的热过程（传导、对流、辐射）、目标和传播介质在目标热红外特征形成中具有非常重要的作用，因此关于热过程的知识和控制（热管理）可能对光电/红外对抗和伪装方法的定义产生关键影响。
2.2光电/红外成像系统应用
光电/红外成像传感器作为一个基本单元，在复杂系统中以多种方式得到应用。在所有应用中，生成的电子图像是一个关键的信息源，可以以不同的方式使用。光电/红外成像系统应用可分为四大类：
情报监视侦察系统：提供可操作的信息来指导决策。光电/红外传感器通过高度先进的摄像机或摄像机组来支持信息流，这些摄像机或摄像机组产生详细的图像流。
目标和跟踪系统：提供对场景的系统分析和感兴趣对象（目标）的选择，对目标进行优先排序，并为针对这些目标的适当致命和非致命行动建立适当的视线。光电/红外传感器提供要分析的场景图像，并用于瞄准和跟踪。
导向系统：是任何能够使用与物体位置和轨迹轮廓要求相关的数据来控制运动物体运动的装置或设备。导航系统通常涉及操作员的操作（人在回路中），但也可以是完全自主的。光电/红外传感器图像用作目标位置的来源，也用作轨迹终点（目标）位置的来源。
寻的头部系统：是一种建立在移动物体（通常是导弹）上的设备，使其能够通过感测目标、使用目标位置数据和内置致动器进行轨迹自动控制来转向目标。光电/红外传感器图像用作目标位置的来源。
在所有列出的系统中，光电/红外成像传感器提供以下与目标相关的过程：
探测：确定需要注意的潜在目标可能在场景中；
识别：提供足以确定目标类别的成像数据；
识别：提供足以确定目标类型的成像数据；
定位：图像用于确定目标在视场中的角位置，跟踪–图像数据用于提供目标位置变化和目标跟踪
2.3光电/红外成像系统技术进展
焦平面阵列——由于潜在的传感器大规模生产能力和传感器改进，焦平面阵列为光电/红外传感器应用带来了一场革命：
FPA技术进步（更高的分辨率、数字像素和像素级的信号预处理）。
多光谱/超光谱传感器能力，为目标检测和识别提供更好的条件。
极化总是发生在电介质表面的辐射反射过程中，也可能出现在人工形成的材料的发射过程中。偏振成像可以提供较低的传播介质的影响，在某些情况下用于伪装检测。
图像和信号融合，为目标数据提供更广泛的来源，降低伪装效果。
数字信号处理引入图像增强算法应用于图像去模糊，并在某些情况下提供亚衍射成像能力。
人工智能允许更好的目标检测、识别、识别和跟踪；
传感器网络（包括无人机应用）允许更多的目标数据被模糊化和处理；
激光应用、主动成像、门控成像，在不利条件下提供成像和更高的成像传感器范围。
光电/红外技术的进步使得传感器的配置可以针对特定的目的进行定制。这对光电/红外对抗和伪装开发者提出了非常严格的要求，因为任何适用于某些条件和传感器类别的措施对于不同的传感器配置都可能无效。