技術文章

駕馭多光譜視界：SBIR 可見光/紅外光融合感測器測試的尖端解決方案

SBIR 可見光/紅外光融合測試系統
全方位驗證多模態成像性能


在現代複雜的觀測與感知任務中，單一光譜波段的感測器往往難以應對全天候、全天時以及各種多變環境條件下的挑戰，可見光/紅外光融合感測技術應運而生，此技術透過整合不同光譜波段（如可見光、近紅外光 (NIR)、影像增強 (I²)、中波紅外光 (MWIR)、長波紅外光 (LWIR)）的感測器所擷取的資訊，並利用先進的影像處理與融合演算法，產生單一的、資訊更豐富、環境適應性更強的增強影像，這種技術能夠顯著提升目標探測、識別與場景理解的能力，因此在眾多關鍵領域中獲得了廣泛應用：

  • 國防軍事應用：
    融合感測器可提供全天候、全天時的作戰能力，無論是在白天的良好光照條件、夜晚的微光環境，還是煙霧、沙塵、雨雪等惡劣天候下，都能有效偵測與識別目標，顯著提升戰場態勢感知、目標鎖定精準度以及士兵的作戰效能與生存能力，例如應用於先進的瞄準吊艙、無人機偵察與打擊平台、以及車輛駕駛員視覺增強系統等。
  • 航太與遙感監測：
    透過融合不同光譜波段的數據，可以更全面地分析地表特徵、植被狀態、礦產資源分佈、環境污染情況以及自然災害（如森林火災的火點偵測與蔓延趨勢預測）等，為資源管理、環境保護及災害應急提供更精準的資訊支援。
  • 公共安全與執法監控：
    在城市監控、邊境巡邏、重要基礎設施防護以及搜救行動中，融合感測技術能夠克服單一可見光或紅外光感測器的局限性，提供更可靠的目標探測與識別能力，尤其在夜間或能見度不佳的條件下。
  • 先進駕駛輔助系統 (ADAS) 與自動駕駛：
    融合可見光與紅外光感測器的數據，可以顯著提升車輛對行人、動物、其他車輛及道路障礙物的偵測能力與可靠性，尤其在夜間、逆光、雨霧等複雜交通環境下，為實現更高等級的自動駕駛提供關鍵的感知保障。

鑒於可見光/紅外光融合感測系統在這些高要求應用中的核心地位，對其進行全面且嚴格的性能測試與特性分析變得至關重要，這不僅需要分別評估各個獨立光譜通道（如可見光通道、紅外光通道）的性能指標，更需要對影像融合後的整體效果、不同通道間的光軸校準 (Boresight) 精度、融合演算法的有效性以及系統在各種模擬場景下的響應特性進行綜合驗證，以確保其能夠在實際應用中提供準確、可靠且具備高度實用價值的融合影像。

Santa Barbara Infrared (SBIR) 為此提供了一款先進的可見光/近紅外光 (NIR)/影像增強 (I²)/紅外光 (IR) 目標投影儀，此多功能測試系統的突出特點在於其具備融合可見光與熱影像光源的能力，這是透過將一個可產生中波紅外光 (MWIR) 與長波紅外光 (LWIR) 輻射的差分黑體源（例如 SBIR 精密的 DDB 系列精密紅外光校準源或高穩定性的 Infinity 系列黑體）與一個可提供可見光及近紅外光波段照明的積分球光源（例如 Infinity VSX 寬頻光源）進行精密整合來實現的，系統內部採用一個特殊設計的光束合路器，該合路器允許來自紅外光熱影像源的熱輻射能量與來自可見光/近紅外光光源的可見光能量，在準直儀的光學中心線上被同時處理並投影出去，從而能夠為待測的融合感測系統提供同步且空間對準的多光譜目標場景，這對於評估融合影像的品質、不同通道間的配準精度以及融合演算法的性能至關重要；SBIR 的 非光學合路多光譜源 (MSS) 技術也是此領域的一個重要發展方向，提供了另一種高效的多光譜場景產生方式。
 


圖1：SBIR 先進的多光譜目標投影儀系統，整合了精密準直儀、可見光/近紅外光光源（圖右側Infinity VSX 積分球光源）及紅外光黑體源（圖中SBIR標識的較小箱體），能夠同步產生並投影多波段目標，是進行可見光/紅外光融合感測器測試的理想平台。

 


圖2：SBIR Infinity VSX 系列積分球光源及其控制器，為可見光及近紅外光通道測試提供高度均勻且亮度可精確控制的照明環境，是評估融合感測系統中可見光/NIR 部分性能的關鍵設備。

此融合測試系統還提供多種選配項目以進一步擴展其測試能力，其中包括離軸傳輸模組 (off-axis transfer module)，該模組允許使用者同時執行軸上 (on-axis) 和離軸 (off-axis) 的圖像分析量測，這對於全面評估感測器在整個視場範圍內的性能一致性非常重要，此模組可以便捷地安裝在準直儀的出光孔徑前方，並且能夠提供多達 5 個獨立的快門，用以精確隔離特定的視場進行獨立分析或多點同步測試。


圖3：SBIR 可選配的離軸傳輸模組 (OATM)，其精密設計允許多個光學埠同時或獨立運作，使測試系統能夠對融合感測系統進行軸上及多個預設離軸視場的同步或獨立圖像分析量測，全面評估大視場下的性能一致性與周邊視場成像品質。

此外，系統還可以依照使用者的特定需求實現客製化的視場角配置，以適應不同規格的待測融合感測器。所有這些複雜的測試流程與多通道數據的同步控制、採集與分析，均可透過 SBIR 功能強大的 IRWindows™ 自動化測試軟體來實現高效管理。
 


圖4：SBIR 緊湊型光電測試模組或融合光源模組，體現了SBIR在客製化與模組化測試系統方面的能力，可整合多種光源與光學元件（如圖中可見的 SBIR 標識光源單元與可能的光學整合部件），為特定的融合感測器測試應用提供靈活高效的配置方案。

結論與展望

Santa Barbara Infrared (SBIR) 所提供的可見光/近紅外光 (NIR)/影像增強 (I²)/紅外光 (IR) 目標投影儀，憑藉其創新的融合可見光與熱影像光源能力以及靈活的系統配置，為日益複雜的多模態融合感測系統的全面性能驗證與精確特性分析提供了業界領先的解決方案，此系統透過精密的光束合路技術，能夠在準直儀的同一光軸上同步呈現可見光/近紅外光與中長波紅外光目標場景，使得對融合感測器的各獨立通道性能、通道間的配準精度、以及最終融合影像的品質與演算法效能進行綜合評估成為可能，其可選配的離軸傳輸模組和多視場獨立快門控制等功能，進一步增強了測試的全面性與靈活性，能夠滿足從實驗室研發階段的深度特性分析到生產線上的快速品質檢測等不同層級的測試需求，結合功能強大的 IRWindows™ 自動化測試軟體，SBIR 的融合測試解決方案致力於為使用者提供準確、可靠且高效的測試體驗。

展望未來，隨著人工智能 (AI) 技術在影像融合演算法中的深度應用、新型感測材料與多頻譜感測器技術的持續突破（例如像素級融合、超光譜融合等），以及對感測系統在尺寸、重量、功耗和成本 (SWaP-C) 方面要求的日益嚴苛，可見光/紅外光融合感測技術將朝著更高集成度、更強環境適應性、更智能化以及更廣泛應用領域的方向發展，這也對相應的測試技術與方法學提出了新的挑戰，例如如何有效評估基於 AI 的自適應融合演算法的魯棒性、如何在實驗室環境中更真實地模擬複雜動態的多光譜戰場或作業環境、以及如何對融合系統的延遲、同步精度等時間特性進行精密量測等，SBIR 將持續關注這些前沿技術動態，投入研發資源，以提供能夠應對未來挑戰的創新型測試解決方案。

對於台灣地區的國防、航太、安防以及高端工業領域的客戶，若您正在研發或應用可見光/紅外光融合感測系統，並尋求專業的測試設備與系統整合服務以確保其卓越性能，奧創系統 作為 SBIR 在台灣的緊密合作夥伴與授權代理商，是一家擁有豐富行業經驗與卓越技術實力的專業解決方案與系統整合提供者，奧創系統的核心價值並非在於產品的自主研發，而是專注於深刻理解客戶在多模態融合感測技術與精密測試領域的獨特需求、具體的應用挑戰以及長遠的發展規劃，並充分運用 SBIR 全球領先的先進測試技術、成熟的產品線資源（例如 多光譜源 (MSS)、各類黑體與積分球光源、精密準直儀及目標輪）以及豐富的行業應用成功經驗，為客戶量身打造從初期的需求諮詢與技術可行性評估、詳盡的系統配置規劃與最優方案設計、精密的儀器設備選型與高效的整合安裝調試，到完善的操作人員專業培訓以及可靠的售後技術支援、預防性維護與校準服務的全方位、一站式整體解決方案，我們經驗豐富的技術團隊與應用工程師，致力於協助您建構符合您特定需求的融合感測器測試平台，確保您的產品在各種複雜環境下均能展現卓越的性能與可靠性。

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