Kerntechnologien
Entdecken Sie die grundlegenden Konzepte aus Physik, optischer Technik und KI-Architektur hinter unseren elektrooptischen Systemen. Überlegenheit auf dem modernen Gefechtsfeld hängt davon ab, wie Sie Licht und Daten verarbeiten.
Multispektrale Bildfusion zur Erkennung von Zielen hinter Glas
Nachtsichtsysteme bestehen nicht aus einer einzigen Sensortechnologie. Kameras für den sichtbaren Bereich, Low-Light-Kameras, Nahinfrarot (NIR), kurzwelliges Infrarot (SWIR) und Wärmebildkameras arbeiten in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Ob ein Kamerasystem Objekte hinter Glas abbilden kann, hängt von der Betriebswellenlänge des verwendeten Sensors und der optischen Durchlässigkeit des Glases ab.
1. Verhalten von Glas im Infrarotspektrum
Standardfenster- und Fahrzeugglas lassen sichtbares Licht weitgehend durch. Im Gegensatz dazu arbeiten herkömmliche Wärmebildkameras meist in folgenden Bändern:
- MWIR (Mittelwelliges Infrarot): 3–5 µm
- LWIR (Langwelliges Infrarot): 8–14 µm
Standardglas absorbiert oder reflektiert Strahlung stark, insbesondere im LWIR-Bereich. Die elektromagnetische Energie, die die Kamera erreicht, kann durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden:
τ(λ): spektrale Transmission | ρ(λ): spektrale Reflexion | α(λ): spektrale Absorption.
Im LWIR-Bereich ist der Wert von τ recht niedrig. Daher ist die Aussage „eine Wärmebildkamera kann nicht hinter kaltes Glas sehen“ technisch inkorrekt; das grundlegende Problem ist nicht die Oberflächentemperatur, sondern die spektralen Transmissionseigenschaften des Glases.
2. Grundprinzip der Bildfusion
Multispektrale Bildfusion ist die Kombination komplementärer Informationen von Sensoren, die dieselbe Szene in verschiedenen Bändern beobachten:
Hierbei ist IV das visuelle/Restlicht-Bild, IIR das Wärmebild und ℱ der Fusionsalgorithmus. Das Ziel der Fusion ist nicht einfach, zwei Bilder transparent übereinander zu legen; es geht darum, eine gemeinsame Darstellung zu erzeugen, die die räumlichen Details des visuellen Bildes und die Zielhervorhebung des Wärmebildes bewahrt.
"Ein multispektrales Fusionssystem kann Ziele darstellen, die der thermische Sensor aufgrund von Glas nicht beobachten kann, durch Informationen, die von visuellen, Low-Light-, NIR- oder SWIR-Sensoren stammen, die das Glas durchdringen können. Dieser Prozess hebt die physikalischen Grenzen des thermischen Sensors nicht auf; er füllt die Lücken in der Sensorarchitektur mithilfe von Data Science."
3. Bildausrichtung und Registrierungsprozess
Vor der Fusion müssen die Bilder der verschiedenen Sensoren geometrisch ausgerichtet werden. Die Position eines Punktes aus dem visuellen Bild im Wärmebild wird über die Homographiematrix berechnet:
Da Kameras physisch an unterschiedlichen Positionen angebracht sind, können Parallaxe, unterschiedliche Sichtfelder und Linsenverzerrung zu ungenauen Registrierungen führen (Doppelkanten, Ghosting). Unsere crossmodalen Merkmalsabgleich-Systeme korrigieren diese Fehler mithilfe künstlicher Intelligenz und bieten eine Echtzeit-Ausrichtung ohne Latenz.
4. Deep-Learning-Fusion auf Entscheidungsebene
Unsere Systeme fusionieren nicht nur Pixel, sondern Ziele. Jeder Sensor liefert ein eigenes Zielerkennungsergebnis, und die endgültige Entscheidung wird basierend auf Konfidenzwerten kombiniert:
Wenn beispielsweise der sichtbare Kanal einen Menschen hinter Glas erkennt, der Wärmekanal jedoch nicht, erkennt der Algorithmus dieses Ziel dennoch, markiert es aber nicht fälschlicherweise als „thermisch verifiziert“.
Vorgeschlagene Systemarchitektur & Hardware
- Hochauflösende Tageslicht- & Low-Light CMOS-Kamera
- Aktiv beleuchtete NIR- oder InGaAs-basierte SWIR-Kamera
- MWIR- oder LWIR-Wärmebildkamera
- Hardware-Zeitsynchronisation (PTP/NTP unterstützt)
- Echtzeit-crossmodale Bildregistrierung und aufgabenadaptive Fusions-Engine
Detektoren der nächsten Generation (MWIR, LWIR, SWIR)
Unsere optischen Nutzlasten sind nicht von einem einzigen Spektrum abhängig. Um die Leistung in völliger Dunkelheit, starkem Nebel und Sandstürmen, in denen die Sicht auf null sinkt, zu gewährleisten, verwenden wir Detektoren, die bei unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten.
- SWIR (Kurzwelliges Infrarot, 0.9–1.7 µm): Hervorragend geeignet zur Durchdringung von Dunst, Nebel und Rauch. Es kann durch Standardglas sehen und verdeckte Laser-Zielmarkierer erkennen.
- MWIR (Mittelwelliges Infrarot, 3–5 µm): Diese kryogenisch gekühlten Detektoren bieten außergewöhnlichen thermischen Kontrast, was eine Zielerkennung auf extrem weite Entfernungen ermöglicht, insbesondere bei Marine- und Luftfahrtplattformen.
- LWIR (Langwelliges Infrarot, 8–14 µm): Mit ungekühlter Mikrobolometer-Technologie enthält es keine beweglichen mechanischen Teile und bietet sofortige Reaktionszeiten in Staubwolken und städtischen Kampfszenarien.
Präzisions-Pan-Tilt & Kreiselstabilisierung
Sie können den besten Sensor der Welt haben, aber wenn Ihre Sichtlinie vibriert, ist dieser Sensor blind. Unsere präzise mechanische Konstruktion erzeugt hochsensible Schwenk-Neige-Einheiten und Kardan-Systeme, die die Optik vollständig von den Plattformvibrationen isolieren.
Unter Verwendung von bürstenlosen DC-Torquemotoren mit Direktantrieb, hochauflösenden optischen Encodern und Faseroptikkreiseln (FOG) erreichen wir eine Ausrichtungsgenauigkeit im Sub-Mikro-Radian-Bereich. Ein Kampfpanzer, der über unwegsames Gelände stürmt, oder ein UAV in starken Turbulenzen... Egal wie stark die Plattform wackelt, das Ziel bleibt jederzeit genau im Fadenkreuz.
