非制冷紅外成像系統(tǒng)在陸軍裝備中的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

李 煜，陸 強，白丕績

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非制冷紅外成像系統(tǒng)在陸軍裝備中的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢

李 煜1,2，陸 強1,2，白丕績2

（1. 北方廣微科技有限公司，北京 100089；2. 北方夜視科技集團有限公司，云南 昆明 650223）

本文介紹了國外非制冷紅外成像系統(tǒng)在武器熱瞄具（Thermal Weapon Sight，簡稱TWS)、手持熱像儀、駕駛視覺增強（Driving Vision Enhancer，簡稱DVE）、輕型反坦克導(dǎo)彈、小型無人機等陸軍裝備中的應(yīng)用現(xiàn)狀；分析了用于陸軍裝備的非制冷紅外成像系統(tǒng)中探測器及成像機芯組件的技術(shù)特點；提出了應(yīng)用于陸軍裝備的非制冷紅外成像系統(tǒng)的探測器及機芯組件的技術(shù)發(fā)展趨勢。

非制冷焦平面；紅外成像；陸軍裝備

0 引言

隨著非制冷紅外探測器技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是近20年來，以多晶硅、氧化釩為代表的Microbolometer技術(shù)日益成熟，國外各個紅外探測器廠家如Raytheon、DRS、L3、BAE、ULIS、SCD等紛紛推出320×240、640×480等規(guī)格的實用化非制冷探測器產(chǎn)品。非制冷紅外成像系統(tǒng)以其體積小、功耗低、啟動快、成本低等優(yōu)點，逐漸應(yīng)用于武器熱瞄具、手持熱像儀、輕型反坦克導(dǎo)彈等陸軍裝備。

目前，非制冷紅外成像系統(tǒng)廣泛用于步兵夜間觀察、瞄準(zhǔn)、監(jiān)視、搜索；戰(zhàn)車及坦克夜間輔助駕駛、目標(biāo)識別、瞄準(zhǔn)；配備于小型或近程導(dǎo)彈的探測、識別和跟蹤；多種火炮的夜間觀瞄、火控配套等[1]。

1 非制冷紅外成像技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

非制冷紅外成像系統(tǒng)在國外陸軍裝備領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，大量型號產(chǎn)品已列裝部隊，尤其武器熱瞄具（TWS）、手持熱像儀、車載視覺增強（DVE）、無人機（UAV）、無人駕駛地面車輛、火控和制導(dǎo)等方面，見圖1。在作用距離相對較近的領(lǐng)域，非致冷成像系統(tǒng)有望部分取代價格高、維護(hù)難、體積及功耗較大的制冷型熱成像系統(tǒng)。

1.1 武器熱瞄具

武器熱瞄具能使士兵在晝夜透過部分遮蔽物觀看戰(zhàn)場縱深，增加監(jiān)視和目標(biāo)捕獲距離。這種能力，將使單兵和班組武器射手真正地“擁有黑夜”。隨著不斷對熱成像瞄準(zhǔn)具的改進(jìn)及新產(chǎn)品的推出，微測輻射計技術(shù)得到大量采用，在滿足作戰(zhàn)指標(biāo)的同時，體積、重量和功耗還在不斷降低[2]。

1.1.1 美軍的AN/PAS-13系列

美國早在20世紀(jì)90年代中期就有Raytheon開發(fā)的采用非制冷BST320×240的W1000和采用碲鎘汞中波40×16的AN/PAS-13中型熱瞄具（MTWS）、重型熱瞄具（HTWS），體積大、重量高、有散熱片，很容易被識別。隨著采用Microbolometer技術(shù)的非制冷焦平面探測器的實用化，新一代的PAS-13C/D/E/G系列出現(xiàn)，這一代的C/D/E/G型是根據(jù)不同廠商生產(chǎn)來區(qū)分的，只是采用的探測器、探測器外觀和生產(chǎn)者不同，熱瞄具的基本性能和技術(shù)指標(biāo)完全一樣，C/D/E/G分別是BAE/DRS/Raytheon/L3。AN/PAS-13系列見圖2，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示[3-10]。

圖1 非制冷成像系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

圖2 AN/PAS-13系列輕、中、重型武器熱瞄準(zhǔn)具

Fig.2 AN/PAS-13 series of light, medium and heavy TWS

表1 AN/PAS-13系列武器熱瞄準(zhǔn)具的主要參數(shù)

1.1.2 西方其他國家武器熱瞄具

英國QIOPTIQ公司的DRAGON系列、法國SAGEM公司的SWORD系列、以色列Elbit公司的Coyote family等武器熱瞄具陸續(xù)推出，如圖3所示，相應(yīng)型號的性能指標(biāo)與美國的AN/PAS-13系列相近。典型產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)如表2所示[11-13]。

圖3 西方其他武器熱瞄具

表2 西方其他武器熱瞄具的主要參數(shù)

1.2 手持熱像儀（Hand-held Infrared Thermal Camera）

手持熱像儀一般分為單目和雙目兩種，武器熱瞄具有時也可當(dāng)單目使用，下面介紹幾款非制冷紅外雙目手持熱像儀。

Insight L3公司的MTM AN/PAS-23 Mini手持式熱成像儀，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、圖像質(zhì)量出色，使MTM為范圍廣泛的任務(wù)，包括偵察、監(jiān)視、搜索和救援，數(shù)字圖像采集和下載可達(dá)160個圖像，如圖4所示。另外，BAE的Trigr?、Sagem的JIM UC、Elbit的Mars，均采用了先進(jìn)的非致冷紅外熱像儀，大多集成了紅外光學(xué)、直視光學(xué)、激光測距儀、數(shù)字磁羅盤和GPS等功能，可在白天和黑夜的各種天氣條件下觀測、定位目標(biāo)，如圖5～圖7所示。連續(xù)工作時間長，重量輕，適裝于步兵和特種部隊。幾款典型非制冷紅外手持熱像儀主要技術(shù)參數(shù)如表3所示[14-18]。

1.3 駕駛視覺增強器

駕駛員視覺增強系統(tǒng)安裝在各種戰(zhàn)術(shù)輪式車輛上，用于夜間或能見度低時的輔助駕駛。提高了車輛在極惡劣駕駛條件下的機動性。DVE可提高態(tài)勢感知、目標(biāo)和伏兵的探測以及車輛跟蹤能力。過去的DVE一般采用微光成像，近幾年開始大量采用非制冷紅外成像。

RAYTHEON公司的AN/VAS-5駕駛員用視覺增強器，采用640×480非致冷焦平面探測器，視場為40°×30°，顯示控制模塊的像素數(shù)為800×600。如圖8所示。整個系統(tǒng)能夠幫助駕駛員在煙、霧、飛塵以及環(huán)境障礙物造成能見度下降時進(jìn)行機動[19]。

另外，DRS技術(shù)公司開發(fā)了一種新型廣角熱像儀，稱為廣角駕駛員視覺增強器。采用圖像拼接技術(shù)，可獲得107°×30°的視場，如圖9所示。廣角駕駛員視覺增強器可對現(xiàn)有的駕駛員視覺增強器（視場為40°×30°）進(jìn)行一對一傳感器替換，具有向后兼容能力，便于部署和安裝[20]。

美國陸軍進(jìn)一步提出AN/VAS-5的發(fā)展型，系統(tǒng)有以下4種型號：DTE LITE用于長途運輸卡車和戰(zhàn)術(shù)車輛；DVETWV采用了電子云臺模塊，用于戰(zhàn)術(shù)輪式車輛（TWV）；DVEFADS（前方活動探測系統(tǒng)）可用于遠(yuǎn)距離探測、監(jiān)視、監(jiān)測可疑活動；DVECV適用于戰(zhàn)車（CV）[21]。

圖4 Insight L3公司的MTM AN/PAS-23 Mini

圖5 BAE的Trigr?

圖6 Sagem的JIM UC

圖7 Elbit的Mars

表3 非制冷紅外手持熱像儀

圖8 RAYTHEON的AN/VAS-5駕駛員視覺增強系統(tǒng)

Fig.8 AN/VAS-5 DVE of RAYTHEON

1.4 夜視紅外鏡頭盔

美國頭盔式AN/PSQ-20增強型夜視鏡（Enhanced night vision goggles，簡稱ENVG），集成的熱成像功能可以更好地幫助士兵在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行觀察，如圖10所示。該夜視鏡采用被動分頻型圖像增亮設(shè)計，又集成了ITT公司的非制冷紅外成像裝置，有效地提高了夜視功能。直接安裝到頭盔上，包括使用4節(jié)AA電池和頭盔架在內(nèi)，總重只有0.9kg?？蛇B續(xù)工作7.5h，對150m距離以上人員目標(biāo)的識別率為80%。較廣的頻率范圍及圖像紅外增強功能，使它的識別能力比普通夜視鏡強得多[22-23]。

1.5 輕型反坦克導(dǎo)彈

各國反坦克導(dǎo)彈在增加紅外制導(dǎo)，以及提高紅外分辨率的同時，為降低成本，紛紛采用非制冷紅外成像導(dǎo)引頭，典型型號有：以色列“近程-長釘（Spike-SR）”、“迷你-長釘（Mini-Spike）”；歐洲MMP中程和日本“輕馬特”（XATM-5），如圖11和圖12所示。各國反坦克導(dǎo)彈的具體技術(shù)指標(biāo)如表4所示[24]。

1.6 小型無人機（UAV）

小型無人機上安裝紅外成像系統(tǒng)，可以完成偵查、航拍等任務(wù)。由于其搭載能力、空間和電池供電、續(xù)航能力的限制，成像效果好且體積小、重量輕、功耗低的紅外成像系統(tǒng)至關(guān)重要，非制冷紅外成像系統(tǒng)較制冷型的優(yōu)勢，就顯得尤為明顯。

圖9 DRS的廣角熱像儀及熱像圖

圖10 AN/PSQ-20增強型夜視鏡

Fig.10 AN/PSQ-20 ENVG

圖11 “長釘”系列反坦克導(dǎo)彈

Fig.11 The Spike anti-tank missile

圖12 MMP、新“輕馬特”反坦克導(dǎo)彈

Fig.12 MMP & New XATM anti-tank missile

表4 非制冷紅外成像制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈

1.6.1 云雀（Skylark）無人機

以色列Elbit系統(tǒng)公司的云雀上配置的超輕型熱成像傳感器，采用高分辨率非致冷長波前視紅外攝像機，其焦距固定、視場為23°。軟件包中集成了先進(jìn)的圖像處理軟件，該輕型熱成像傳感器總質(zhì)量僅為0.7kg～0.8kg[25-26]，如圖13所示。

1.6.2 “鳥眼400”（Bird Eye400）無人機

IAI/MALAT公司的“鳥眼400”，全重約5kg，在機腹部安置的MicroPOP光電載荷直徑為10.16cm，具有全穩(wěn)定的底座和可更換的光電傳感器，傳感器包括10倍光學(xué)變焦彩色相機以及采用320×240非制冷焦平面的紅外相機，紅外相機固定為7°視場[27]，如圖14所示。

1.6.3 “龍眼”（DragonEye）無人機

“龍眼”無人機是一款小型、全自動、可返回、手持式發(fā)射的無人機，重約2.3kg，長3ft，翼展4ft?！褒堁邸睙o人機安裝了一臺美國英迪戈系統(tǒng)公司的UL3紅外攝像機，使用160×120非制冷探測器、F/1.6鏡頭、NETD優(yōu)于80mK。包括光學(xué)系統(tǒng)在內(nèi)，攝像機重量不到200g，容積小于50cm3，功率約1W，輸出模擬視頻和14bit數(shù)字視頻[28]，如圖15所示。

1.6.4 “大烏鴉”（raven）無人機

“大烏鴉”無人機由美國航宇環(huán)境公司生產(chǎn)，是“指針”無人機的縮小型，供排級部隊使用。該無人機重2.72kg，裝備紅外攝像機和數(shù)據(jù)鏈，滯空時間為90min?！按鬄貘f”無人機采用編程飛行模式，裝有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、晝夜/紅外夜視攝像機和激光指示器，可向15km外的后方操作手傳輸戰(zhàn)場畫面[29]，如圖16所示。

1.7 廣域監(jiān)測系統(tǒng)

隨著小型飛行器的大量涌現(xiàn)，以及反恐的作戰(zhàn)需求，廣域監(jiān)測系統(tǒng)用于快速識別早期目標(biāo)的理想監(jiān)測方案，如機場、港口和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的低空小型、慢速或表面移動目標(biāo)的威脅監(jiān)測。

1.7.1 HGH的Spynel-U

Spynel-U采用非制冷型長波紅外攝像系統(tǒng)，可選配高分辨率的360°可見通道，如圖17所示。Spynel-U在完全黑暗、煙霧或惡劣天氣的環(huán)境下對人的探測距離可達(dá)2.5km。其非制冷型傳感器在Spynel系列中成本最低，可長期可靠穩(wěn)定地運行且免維護(hù)[30]。

圖13 以色列的云雀無人機

圖14 IAI/MALAT公司的鳥眼400無人機

圖15 龍眼無人機

圖16 大烏鴉無人機

1.7.2 HGH的Spynel-M

Spynel-M是具有高性價比的專業(yè)全景熱成像監(jiān)控系統(tǒng)，尺寸為12cm×20cm，重量僅為1.8kg。360°實時全景監(jiān)測，對人體探測距離可達(dá)700m，只需5W功耗，如圖18所示。Spynel-M可連續(xù)捕捉360°全景紅外影像，其中包括很難探測到的目標(biāo)，例如：無人機、橡皮艇、爬行的人等[31]。

2 軍用非制冷紅外成像機芯組件現(xiàn)狀及特點

2.1 軍用非制冷紅外成像機芯組件現(xiàn)狀

國外BAE、DRS、L3、SCD、Raytheon等軍用非制冷器件生產(chǎn)廠家，在推出320×240、640×480等系列規(guī)格焦平面探測器時，也配套推出典型成像機芯組件。用戶配上不同的鏡頭，可容易集成于武器系統(tǒng)上，滿足不同性能要求。國外幾款典型非制冷紅外成像機芯性能參數(shù)如表5所示。

2.1.1 BAE Systems的MIM500TM和MiR640機芯

BAE System開發(fā)以滿足苛刻性能要求的機芯，該MIM500系列機芯定義了新的標(biāo)準(zhǔn)，堅固耐用、高成像性能，滿足軍用市場的OEM集成。其中MIM500X是基于BAE系統(tǒng)640×480 MicroIR?技術(shù)，非常適合高分辨率、大動態(tài)范圍的應(yīng)用。對于要求不高的應(yīng)用，MIM500H這款的320×240分辨率是完美的解決方案[32]，如圖19所示。

BAE System的非制冷MiR640機芯，也是基于BAE系統(tǒng)的microir?技術(shù)。同時具有嵌入式顯示驅(qū)動程序和第三方光學(xué)兼容性，使軍事客戶更易把MiR640機芯融入視覺系統(tǒng)。機芯合理的性能，緊湊、低功耗的模塊，可捕捉60Hz幀頻快速移動的動態(tài)場景細(xì)節(jié)[33]。

2.1.2 DRS的Tamarisk320和Tamarisk640機芯

Tamarisk?320和Tamarisk?640是基于DRS的17mm像元的320×240、640×480微測輻射熱計，如圖20所示。分別在2011年4月和2013年1月推出市場，Tamarisk?320被稱為世界上最小非制冷紅外機芯之一。這2款非常適合應(yīng)用在尺寸、重量和功耗需求嚴(yán)的設(shè)備上。Tamarisk?320和Tamarisk?640有多種鏡頭、無鏡頭配置可選。提供8位和14位數(shù)字視頻，NTSC/PAL制式的模擬視頻可通過RS-232或USB 2.0串口控制發(fā)出，相應(yīng)的控制軟件和開發(fā)接口[34]。

2.1.3 L3 Communications的Thermal-Eye4500AS和THERMAL-EYE 17-640機芯

Thermal-Eye4500AS采用30mm 320×240陣列非晶硅微測輻射熱計，完全符合歐盟的有害物質(zhì)限制（RoHS）。相比早期同類產(chǎn)品具有更好的目標(biāo)分辨率和更長的距離范圍，可選擇NTSC或PAL制式視頻全實時輸出。靈活的OEM定制、擴展端口，先進(jìn)的OEM加工鏈、高效的技術(shù)支持[35]。

圖17 HGH的Spynel-U

圖18 HGH的Spynel-M

圖19 MIM500H/MIM500X和MiR640

Fig.19 MIM500H/MIM500X and MiR640

圖20 Tamarisk 320和Tamarisk 640

THERMAL-EYE 17-640保證了更好的圖像質(zhì)量和小型輕量化的理念。使用17mm、640×480格式、晶圓級封裝探測器使結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，靈活的OEM定制，擴展端口提供訪問數(shù)據(jù)及視頻處理，高效的技術(shù)支持[36]。

THERMAL-EYE 4500AS和THERMAL-EYE 17-640，如圖21所示。

2.1.4 SCD的BIRD 640-25mm-VE和BIRD 640-17mm -VE機芯

BIRD 640-25mm-VE采用640×480格式25mm探測器，緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸、低功耗，靈活的視頻接口：模擬和數(shù)字，靈活的系統(tǒng)接口選項包括R232、以太網(wǎng)和USB2.0。Linux/DSP-BIOS?以方便客戶定制開放軟件環(huán)境，支持省電模式以及標(biāo)準(zhǔn)或高靈敏度（超高速）版本[37]。

BIRD 640-25mm-VE采用640×480格式17mm探測器，緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸?；赥I的OMAP353?視頻處理器，優(yōu)化的低功耗紅外圖像處理算法，靈活的模擬和數(shù)字視頻接口及RS232接口選項，Linux/DSP-BIOS?基于客戶輕松定制開放軟件環(huán)境，具備省電、校正預(yù)測、消除太陽灼傷等模式[38]。

BIRD 640-25mm-VE和BIRD 640-17mm-VE，如圖22所示。

圖21 THERMAL-EYE 4500AS和THERMAL-EYE 17-640

Fig.21 THERMAL-EYE 4500AS and 17-640

圖22 BIRD 640-25mm-V E和 640-17mm-VE

表5 典型非制冷紅外成像機芯性能參數(shù)（一）

表5 典型非制冷紅外成像機芯性能參數(shù)（二）

2.1.5 Raytheon的非制冷B-套件

Raytheon基于25mm 640×480格式探測器開發(fā)的這款非制冷B-套件，如圖23所示，包括模擬板，數(shù)字板和電源板。模擬板提供了低噪聲的動態(tài)偏置調(diào)整，彌補FPA工作點參數(shù)漂移帶來輸出的不穩(wěn)定。數(shù)字板提供所有時序，視頻和控制處理，還提供了數(shù)字視頻輸出與12/8位選擇和RS-170視頻輸出。14位的并行視頻數(shù)據(jù)輸出同步配以RS-170輸出。嵌入式校準(zhǔn)算法，易集成不同的光學(xué)配置系統(tǒng)[39]。

圖23 Raytheon公司非制冷B-套件

2.2 軍用非制冷紅外成像機芯組件特點

各個廠家均基于自己成熟、穩(wěn)定、可靠的探測器產(chǎn)品，推出成像機芯組件。機芯組件的NETD、功耗、幀頻、重量、尺寸等主要參數(shù)，不是一味追求高指標(biāo)，而是相關(guān)指標(biāo)最佳的折中。視頻輸出有模擬、數(shù)字、未校正的原始數(shù)字圖像，通訊接口大多采用標(biāo)準(zhǔn)的USB2.0和RS232，有利于用戶集成使用。成像機芯組件單獨滿足一般軍用環(huán)境適應(yīng)性要求，大大降低機芯組件的使用門檻。非制冷紅外成像機芯組件完全是按照一款通用軍用電子組件包設(shè)計，配上相應(yīng)光學(xué)、結(jié)構(gòu)、顯示組件，非常容易集成到各個武器裝備。總之，軍用成像機芯組件具有高可靠性、易集成、易使用、免維護(hù)的特點。

3 軍用非制冷紅外成像技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 先進(jìn)的非制冷紅外成像機芯

3.1.1 低成本、小像素的非制冷紅外探測器及機芯

2012年，美國DARPA通過低成本熱像儀制造（LCTI-M）項目，支持BAE、DRS、Raytheon三家公司開發(fā)低成本、小體積紅外成像機芯。BAE、Raytheon公司實現(xiàn)了12mm像元探測器的量產(chǎn)，DRS甚至研發(fā)出10mm像元的探測器技術(shù)。12mm像元探測器、晶圓級封裝、小型化機芯都標(biāo)志著非制冷紅外技術(shù)的一次飛躍，提升了軍用非制冷技術(shù)，促進(jìn)了非制冷紅外產(chǎn)品進(jìn)一步降低體積、重量、功耗、成本（SWaP-C）。同時，各個廠商在晶圓級鏡頭技術(shù)、專用紅外圖像處理（Image Signal Processing）芯片等方面進(jìn)展迅速。

與此同時，NEC、FLIR也陸續(xù)推出12mm像元探測器及機芯。國外目前12mm像元非制冷紅外成像機芯性能參數(shù)如表6[40-44]。

表6 12mm像元非制冷紅外成像機芯性能參數(shù)

備注：“-”表示無數(shù)據(jù)或資料未查到

顯然，同規(guī)格12mm機芯與17mm機芯相比，噪聲等效溫差（NETD）仍然保持在50mK的水平，而鏡頭尺寸可以減小50%，成本降低20%。

3.1.2 高性能、大規(guī)格的非制冷紅外探測器及機芯

2011年Raytheon開發(fā)的2048×1536規(guī)格的Tailwind非制冷探測器達(dá)到三百萬像素，如圖24所示，光敏面積43.3mm×39.3mm、像元間距17mm、盲元小于0.1%，電阻非均勻性小于3.5%，可用于高端監(jiān)控[45-46]。

圖24 Raytheon開發(fā)的2048×1536非制冷探測器和機芯

3.2 美陸軍未來作戰(zhàn)任務(wù)需求

“未來戰(zhàn)士”走向現(xiàn)實。Raytheon公司的技術(shù)將幫助實現(xiàn)士兵攜帶的平板電腦共享屏幕為無與倫比的態(tài)勢感知，如圖25所示。美陸軍在“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”使用和部署的第三代熱像儀中，有兩種是非制冷型熱像儀。一種是高性能、大規(guī)格紅外探測器，可裝備美陸軍的無人駕駛車輛、DVE等；另一種是體積小、成本低的紅外探測器，用于微型無人駕駛車輛、偵察監(jiān)視器材、武器熱瞄具等[47-48]。

圖25 Raytheon公司的態(tài)勢感知系統(tǒng)

3.3 軍用非制冷紅外成像技術(shù)的發(fā)展

3.3.1 非制冷紅外探測器的發(fā)展

隨著非制冷紅外技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種武器裝備廣泛的應(yīng)用牽引，非制冷紅外探測器也在朝著高性能、低成本2個方向突飛猛進(jìn)的發(fā)展。同時，非制冷探測器生產(chǎn)模式也朝著規(guī)?；a(chǎn)、制造外包等方式調(diào)整。非制冷器件、機芯、系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合也在悄然發(fā)生。

3.3.1.1 發(fā)展高性能非制冷紅外探測器

主要用于滿足軍事裝備中高靈敏度、高分辨率、高幀頻以及替代部分制冷探測器的需要，其主要特點如下：

● 2k×2k及以上超大規(guī)模、高性能器件；

● 更高靈敏度、更低功耗器件；

● 高靈敏度的快響應(yīng)、高幀頻器件；

● 高均勻性、高可靠性。

3.3.1.2 發(fā)展更低成本非制冷紅外探測器

針對目前已有的性能指標(biāo)的探測器，進(jìn)一步降低體積、重量、功耗、成本（SWaP-C），以滿足大量裝備的需求。其主要特點如下：

● 減小像元尺寸，來降低芯片成本和光學(xué)成本；

● 無擋片、無TEC非制冷紅外探測器；

● 全數(shù)字輸入、輸出，集成部分圖像處理功能的智能化焦平面；

● 晶圓級封裝（WLP）、晶圓級光學(xué)鏡頭（WLO）焦平面；

3.3.2 非制冷紅外成像機芯組件的發(fā)展

非制冷紅外成像機芯組件主要朝著核心電子元件集成、先進(jìn)圖像算法處理、實用化功能的完善等方面發(fā)展[49]。

核心電子元件集成。隨著IC設(shè)計、加工、封裝技術(shù)的發(fā)展，以及紅外圖像處理算法的日漸成熟，各個機芯廠家競相采用3D封裝技術(shù)、專用紅外圖像處理芯片、視覺處理單元（Vision Processing Unit，VPU），以及3DIC有效降低規(guī)?；a(chǎn)成本。

先進(jìn)圖像算法處理。超分辨率、精密降噪濾波、局部圖像增強、圖像融合等算法在有效采用。為客戶預(yù)留部分資源，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)人工智能等特定功能，提供智能化的紅外成像解決方案。

實用化功能的增強。機芯不同程度上增強了實用功能如顯示器驅(qū)動、圖像存儲、與其它傳感器接口，以及以太網(wǎng)傳輸、SD卡存儲、無線視頻傳輸?shù)取?/p>

非制冷紅外3D芯片技術(shù)，如圖26所示，隨著采用硅通孔技術(shù)（TSV）的三維片上系統(tǒng)（3D?SOC）、三維堆疊芯片（3D?SIC）、三維芯片（3D?IC）日漸發(fā)展及成熟，非制冷的信號及圖像處理、系統(tǒng)控制等技術(shù)集成將出現(xiàn)一次飛躍，更驅(qū)動著非制冷3D芯片技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，非制冷紅外機芯完全由微電子工藝規(guī)模化生產(chǎn)[50]。

4 結(jié)論

陸軍裝備用的非制冷紅外成像系統(tǒng)，隨著小像元探測器、晶圓級封裝、小型化機芯等技術(shù)日益成熟，非制冷紅外機芯進(jìn)一步降低體積、重量、功耗、成本（SWaP-C），使非制冷紅外成像系統(tǒng)成為陸軍的常規(guī)裝備。隨著非制冷探測器規(guī)格、性能的不斷提升，非制冷紅外成像系統(tǒng)也在空、海、火箭軍等領(lǐng)域嶄露頭角。同時，非制冷紅外成像系統(tǒng)將會取代部分制冷型紅外系統(tǒng)，形成各種武器領(lǐng)域全方位的立體裝備。

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Situation and Trend of Uncooled Infrared Imaging Systemsfor Army EquipmentWorldwide

LI Yu1,2，LU Qiang1,2，Bai Piji2

(1.,100089,; 2.,,650223,)

This paper introduces the present situation of the application of uncooled infrared imaging system in thermal weapon sight (TWS), hand-held thermal imager, driving vision enhancement (DVE), light anti-tank missiles, small unmanned-aerial vehicles, and other army equipment in foreign countries. The technical characteristics of the army equipment usinguncooled infrared imaging systems are analyzed in terms of the detector and imaging core component, and the technology development trend required to equip the army is proposed.

uncooled FPA，infrared imaging，army equipment

TN215

A

1001-8891(2017)07-0581-13

2016-08-25；

2017-06-22.

李煜（1975-），男，四川武勝人，研究員級高工，主要從事紅外焦平面探測器及系統(tǒng)信號處理技術(shù)研究。E-mail：yu.li@gwic.com.cn。

國防研究專項。