本文内容转载自《红外技术》2020年第4期
摘要：中长波双波段红外成像技术能同时获得中波、长波两个大气窗口的红外辐射信息，同时具有两种单波段成像技术的优点。通过优势互补，中长波双波段红外成像技术能够提高装备对各种复杂环境条件的适应能力，提高各类作战任务的成功率。在过去二十几年中，欧美主要国家实现了从双探测器双波段成像到单探测器双波段成像的发展及批量装备，目前正向更高分辨率、更远作用距离的方向发展。中长波双波段红外成像技术主要用于提高各类主战装备对不同的作战环境的适应能力以及各类搜索跟踪识别系统对目标的探测识别成功率。此外，可以通过中长波双波段红外成像技术获取目标的温度、光谱特性等特征信息，可用于反干扰、反伪装。
关键词：双波段红外成像技术；红外探测器；双波段光学系统；图像融合；复杂环境适应性；探测识别成功率；目标温度
0 引言
根据大气对红外辐射的吸收情况，红外成像系统设计时通常分为5个光谱波段，分别是近红外波段、短波红外波段、中波红外波段、长波红外波段和甚长波红外波段，根据目标的红外辐射特性，用于观瞄系统的红外成像设备通常工作在中波或者长波波段。在很长一段时间里，受到红外探测器材料及器件的制造工艺和成本的限制，以及红外热成像系统相关技术不够成熟，红外热成像系统只能工作在某一个单一波段。
随着应用任务的复杂化、应用环境的扩展以及红外隐身和干扰技术的进步，单波段红外热成像系统在很多应用场景下存在对目标的探测识别能力较差、自动预警系统虚警率高以及动态范围不足等缺陷。如果能在热成像系统中利用目标在不同红外波段图像里固有的、较强的差异性和互补性，获取目标更多的有效信息，通过图像融合技术，就能有效地提高系统的效能。本文综述了几种国外中长波双波段红外成像技术的发展情况，以及这些技术目前的应用情况。
1 中长波双波段红外成像技术的发展
从现有公开的文献资料来看，国外对红外双波段成像从20世纪中期开始就有所讨论，到90年代末开始出现较多的成果。纵观这些文献资料，国外中长波双波段红外成像技术目前主要有3种类型：双探测器双波段成像技术、双线列双波段成像技术以及单探测器双波段成像技术。
1.1 双探测器双波段成像技术
在早期，由于能够同时响应两个波段的探测器尚未面世，以及相应的光学系统材料和镀膜技术的限制，只能采用两个不同波段的探测器，分离的光学系统来构建双波段成像系统，然后通过图像的配准和融合技术来获得双波段图像。美国、德国、意大利、加拿大等国家都开发出了相应的系统，并且有的已经实现装备。表1所示是目前公开报道的国外典型双探测器中长波双波段红外成像系统简介。
德国Thermosensorik、FGAN-FOM等公司在2003报道了他们采用两个探测器研制的双波段红外成像系统“CLEMENTINE”的情况，该系统采用了两个探测器，配合两个焦距为100 mm的光学系统，保证两个波段视场一致，并在后端进行图像配准和融合。研制方进行了大量的数据采集试验，获得了大量640 × 512分辨率的图像。图1所示为用该系统采集的图像数据，从左到右依次为中波、长波和融合图像。
表1 国外典型双探测器中长波双波段红外成像系统
图1 德国“CLEMENTINE”系统采集的双波段图像
意大利军用技术研究中心和SELEX GALILEO公司在2010年报道了他们为意大利海军研制的静默发现和监控系统，该系统用于装备意大利海军的新航母加富尔号（Camillo Cavour）。该系统采用一个中波（3.7 ~ 5 μm）和一个长波（7.75 ~ 10.25 μm）两个扫描型热像仪构成，探测器规格为288 × 6，瞬时视场为0.16 mrad（H）×0.32mrad（V），可以实现360°搜索。图2所示为该系统构成以及实际装备实物图。
