Nya förutsättningar kräver nya spanings­sensorer

Framtidens stridsteknik och tekniska möjligheter ställer nya krav på spaningssensorer, övervakningsmöjligheter och signaturanpassning. Forskare på FOI har i projektet Avancerade spaningssensorer tittat på olika passiva elektrooptiska sensorer för att undersöka hur dessa kan användas av Försvarsmakten i framtiden.

Sensorer som gör det möjligt att urskilja olika material skulle kunna användas för att särskilja kamouflerade föremål från miljön runtomkring, medan andra sensorer kan ge information om ett föremåls geometri och ytstruktur eller ge förbättrad mörkerförmåga.

Den forskning som har genomförts har handlat både om att studera nya spaningssensorer för att se hur dessa kan användas inom försvaret, men forskningen är också användbar när man tittar på framtida signaturanpassning. Om man känner till att en motståndare har sensorer som avslöjar olika material är det bra att ta hänsyn till det när man ska utveckla kamouflage.

Hyperspektral avbildning

En sensortyp som studerats är hyperspektrala sensorer som mäter kortvågsinfraröd strålning. En hyperspektral sensor genererar bilder där varje pixel innehåller ett spektrum med hundratals våglängdsband istället för tre våglängdsband (tre färgkanaler) som en vanlig digitalkamera använder. Det är möjligt att se skillnad på olika material eftersom de har olika spektrum i kortvågsinfrarött.

– Det kan till exempel vara två saker som kanske för ögat eller i en vanlig kamera har samma visuella färg, men om de är gjorda av olika material är det ofta möjligt att se skillnad på dem med en hyperspektral sensor, säger Daniel Svedbrand, förste forskningsingenjör på FOI:s avdelning för Telekrig.

Med hjälp av automatiska algoritmer går det att söka efter specifika spektrum vilket öppnar för möjligheten att bygga upp databaser över spektrum för olika material. Detta kan användas för att identifiera till exempel konstgjorda material i naturen. Exempelvis är det användbart i tillämpningar där man vill skilja på en granpixel och en pixel med målad grön plåt eller en grön textil.

Hyperspektrala sensorer har stor potentiell nytta för Försvarsmakten inom flera domäner. I nuläget används främst hyperspektrala sensorer på satelliter för att söka efter och identifiera eller klassificera markmål från rymden. Hur dessa kan användas effektivt av Försvarsmakten studeras vidare i ett pågående forskningsprojekt.

Polarimetrisk avbildning

Ljusets polarisationsegenskaper erbjuder möjligheter att urskilja material och konstgjorda objekt samt ger information om ytstruktur och geometri på ett sätt som konventionella kameror inte kan uppfatta. På senare år har kameror med polarisationsfilter på pixelnivå utvecklats för både det visuella och det termiska långsvågsinfraröda området vilket öppnat för en stor mängd tillämpningar.

FOI-forskarna har tittat på hur den här tekniken kan användas tillsammans med signalbehandlingsmetoder för att ta fram olika objekts termiska och visuella polarimetriska signaturer.

Termisk polarimetrisk signatur är lite extra intressant då den avgörs av flera olika saker bland annat förhållandet mellan emitterad och reflekterad värmestrålning från ett objekt.

Exempel på tillämpning är identifiering av människor i totalt mörker eftersom polarisationsbilden, till skillnad från en konventionell termisk bild, har en viss 3d-känsla.

På den internationella marknaden finns redan i dag kameror som använder tekniken, bland annat för att bland annat hitta oljespill i vatten.

Digital mörkerförmåga

Dagens mörkerförmåga inom Försvarsmakten baseras i huvudsak på bildförstärkarteknik, en teknik som förstärker det svaga ljuset som finns tillgängligt nattetid. En bildförstärkare har en hög ljuskänslighet samtidigt som den är kompakt och strömsnål, men tekniken har en analog utsignal och fortsatt utvecklingspotential i prestanda och funktionalitet bedöms begränsad.

Nya digitala mörkersensorer kan i framtiden ge användaren en förbättrad bildkvalitet, genom exempelvis brusreducering och kontrastförbättring, samtidigt som teknikerna gör det enklare att fusionera information och använda avancerad maskininlärning (AI) för att utöka soldatens situationsuppfattning. Digitaliseringen möjliggör också lagring och överföring av information, för förbättrad lägesbild inom gruppen eller mot olika ledningssystem.

Inom projektet Avancerade Spaningssensorer har forskare undersökt potentialen hos nya fotonräknande sensortekniker och nya våglängdsområden (kortvågiga IR-området) samt genomfört användarförsök kring vilka nya och förbättrade förmågor som bildfusion med termiska IR-sensorer kan ge.

Eventbaserade sensorer

FOI:s forskare även tittat på en kamera för händelsebaserad avbildning som också kallas eventkamera. Istället för att ta ett visst antal bilder per sekund så registrerar en eventkamera förändringar i ljusintensitet kontinuerligt för varje pixel, vilket ger dem flera fördelar jämfört med vanliga kameror.

– Det som syns är alltså inte allt som finns inom synhåll för kameran utan endast det som rör eller förändrar sig på något sätt, säger Hannes Ovrén, forskare på FOI:s avdelning för Cyberförsvar och ledningsteknik, och en av forskarna bakom rapporten Eventkamera för bevakning – möjligheter och begräsningar.

Andra fördelar är att eventkameratekniken kan ge snabbare information eftersom enskilda händelser, eller förändringar, registreras med endast någon millisekunds fördröjning.