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高光谱成像仪在植被伪装目标识别中的应用

发表时间:2021-10-13 18:10

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图1 变色龙软体机器人变色实验图

(来源:Nature Communications)

近日,韩国首尔大学等团队公开了“仿生变色龙软体机器人”成果,有望在军事等领域应用,基于伪装技术的不断升级,伪装识别系统也同样备受关注!

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在过去的100年中,伪装在大多数国家和地区的军事行动中扮演了至关重要的角色在军事中,伪装就是隐真与示假,隐真是通过主题对背景的仿真,从而使主体目标物隐藏在背景目标中,无法或者难以被发现。国防工程中,通过采用伪装网与复合材料等方法,进行仿形和仿颜色遮蔽来实现;例如,迷彩服,就是一种最传统的伪装方法。而示假是通过对真目标的仿真,用假目标迷惑观察者,比如,二战期间,苏联采用大量“木质坦克”来迷惑德军,使得德军不敢轻易急速进军。“仿”易于实现,一般只需外形相仿。“真”是要求性质上的相似。

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植被环境背景下的作战,是最常见的战场模式,特别是在山区、丘陵、草原等地区的作战;因此植被背景下的伪装,是必须解决的反伪装技术之一。



需要用到的仪器

图2 真实场景

A 为绿色的目标、B 为浅绿色塑料假草皮、C 为翠绿色塑料假草皮、D 为绿色雨衣、E 为老式伪装目标、F 为草地)


图3 可见光波段和短波红外光谱曲线

(可由ATP9110-25H测得)


图4 左为真实场景下可见光565nm波段的灰度图像;

右为真实场景下近红外1320波段的灰度图像

(可由ATH9500-4-17测得)

对比可见光与近红外高光谱波段伪装目标的伪装效果发现,可见光波段下,即使物体颜色相似,但是材料不同,光谱曲线变化率也会不一样;在近红外波段下,不同物体的光谱反射值存在较大差异,但是光谱曲线变化率相对较小。

图5 左是真实树叶,右为高仿绿色伪装网


我们采用全波段地物光谱仪(如奥谱天成的ATP9110-25H型全波段地物光谱仪),测得的高仿伪装网的光谱曲线在 400~1300 nm之间与灌木条叶面光谱曲线很相似,而且具有植被“红边”及可见光波段的绿色强反射峰等特征,在此波段区域不易于区分植被和伪装网光谱。这是一款非常优秀的高仿绿色伪装网。

图6 地物光谱仪(可用奥谱天成ATP9110-25测得)采集树叶和纯绿色伪装网光谱曲线图


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7 地物光谱仪(可用奥谱天成ATP9110-25)测得树叶和伪装网光谱曲线图

(叶绿素吸收、红边区域局部放大图)


从图中可以看出,高仿伪装网一样有红边效应,但是与真实的绿叶还是有差别的。另外,树叶有明显的叶绿素反射峰,而高仿伪装网则没有。

8 基于探测与感知的伪装效果评估流程图

(可用ATH9500ATH9500-4-17型无人机高光谱成像仪测得)

基于对目标的实时监控、搜索、侦察以提高战场情况的感知能力及提供打击效果评估的需要,美军希望利用高光谱成像具有较高空间分辨率及高光谱分辨率的特点,通过高光谱融合信息探测出可疑目标位置,引导高空间分辨率成像载荷对目标进行详细分类确认,开展了大量的高光谱军事应用研究项目HYMSMO



9 机载侦查实验图像

199410~199510月美国先后进行了白沙导弹试验场沙漠辐射 试验森林、城市辐射试验岛屿辐射试验以沙漠、森林、城市和岛屿等具有典型地貌的场景为背景环境研究证实了高光谱成像对目标的可探测性在进行真假目标、隐藏试验时高光谱谱段数210波段范围0.42~5 μ m 光谱分辨率10nm 地面像元分辨率范围0. 75~3m 9为沙漠背景环境下机载侦察试验对伪装的飞毛腿导弹发射车(9 ( a )所示)拍摄的全色图(9 ( b )所示)及高光谱图像(9( c )所示)全色图像难以确定目标但是高光谱图像特征明显


微信图片_20211013192538.jpg图10 奥谱天成ATH9010无人机载高光谱飞行演示

随着科学技术的进步,遥感技术也得到了飞速发展,并日趋成熟。其所具有的全方位、多尺度、全天时、全天候及精细化成像等优点,使遥感侦察变得更加直接与准确,对发现疑似目标与揭露隐蔽目标也更为犀利。

遥感技术使传统伪装技术方法与装备器材受到了很大制约,对伪装技术的发展提出了更加严峻的挑战,迫使伪装技术另辟蹊径,寻求更为有效的应对措施与技术方法。


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