地面設備數碼迷彩偽裝技術研究

張桂艷++張勇

摘要：以地面設備為研究背景，分析偽裝對現代戰爭的重要性；介紹數碼迷彩偽裝國內外現狀；分析介紹數碼迷彩設計和優化過程，并以地面設備中車廂式車為例，進行數碼迷彩優化，在優化過程中取得了較好的偽裝效果。

關鍵詞：偽裝 地面設備 數碼迷彩 設計優化

中圖分類號：TP751 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0108-03

現代戰爭中，偽裝是作戰保障的重要內容。正確地實施偽裝，不僅能隱蔽作戰意圖，達成作戰行動的突然性，而且能降低敵方殺傷兵器的命中率，減少己方人員、工事和兵器的毀傷，提高部隊的生存能力，爭取戰場的主動權。

迷彩偽裝作為兵家隱真示假的重要手段，已經成為各國競相發展的偽裝技術之一。傳統迷彩的發展和應用從二次世界大戰至今已經歷了將近一個世紀，在保護軍事基地和重要戰略目標等方面發揮了巨大作用。傳統迷彩主要由斑點或條紋構成，斑點較大，邊緣圓滑，視覺區分度較強，適用于對抗近距離、低分辨率的光學偵察和近紅外偵察。在迷彩斑塊的設計過程中，除了通過空中照片或地圖間接測定其面積分布外，斑塊的顏色、形狀和配置主要依據設計人員的經驗，因而往往脫離目標的周圍背景，設計出的迷彩圖案不能很好地適應各種地形地貌的變化。尤其是現代戰爭的偵測手段呈現出多維化、智能化、分辨能力精細化的重要趨勢，從“背景”中提取特異“圖形”的能力越來越強，傳統迷彩偽裝已經難以對付高分辨率航空和衛星成像偵察。

數碼迷彩也叫像素點陣迷彩或馬賽克迷彩，與傳統迷彩有很大的不同。它運用像素點陣的成像原理以及人類的視覺感受特性，通過數碼“點陣”的形式使得迷彩圖案呈現不規則的重疊，不同顏色間的邊緣模糊、破碎，非常易于模擬自然背景。在現實的叢林或沙漠條件下，葉片、碎石或細沙的不規則輪廓正好與數碼點陣的特性相符，容易給觀察者造成一種“視錯覺”，使觀察者從“背景”中提取特異“圖形”極為困難，從而達到了很好的變形和偽裝效果，能夠有效地對付高分辨率航空與航天光學偵察。地面設備作為武器系統的重要組成部分，影響其作戰使用能力、生存能力等，本文提出一種新的數碼迷彩，生成的數碼圖案克服了傳統迷彩邊緣平滑、界限分明的缺點，使得不同顏色間的邊緣模糊化，具有良好的混色效果，更易于與目標背景相融合，可是地面設備取得較好的偽裝效果。

1 數碼迷彩的國內外研究現狀

數碼迷彩的雛形出現于20世紀70年代，當時數字成像偵察還沒有進人軍事應用，國外學者主要是從視覺心理的角度來研究迷彩設計與圖案組合問題。從20世紀90年代初開始，數字成像偵察逐步得到應用。

加拿大是世界上最早研究數碼迷彩的國家，對數碼迷彩的研究始于1995年。1996年加拿大首先研究出CADPAT（Canadian Disruptive Pattern）溫帶叢林數碼迷彩作戰服，進行試用后取得了令人驚嘆的效果。根據加拿大國防部研究基地實驗表明，CADPAT的有效作用距離范圍介于50～300m之間，隱藏效果比原有迷彩在科學指標上提高了45%。該作戰服2001年在加拿大陸軍開始大規模配發。2001年北約舉行了野外軍服測試，CAD—PAT的偽裝性能明顯地超越了美國的叢林迷彩、德國的小斑點迷彩和英國的擾亂圖案迷彩[1]。由美陸軍與陸軍納蒂克研究中心共同研制的主要針對叢林、沙漠、城市的數碼迷彩MARPAT（Ma—rine Pattern Camouflage）于2002年首次列裝美國海軍陸戰隊。2003年的伊拉克戰爭中，美國海軍陸戰隊試用了MARPAT，數碼迷彩經受了實戰檢驗。2004年6月美軍宣布將以新型的數碼迷彩通用作戰服取代使用中的林地型和沙漠型迷彩作戰服.成為美國陸軍唯一的迷彩作戰服[3]。

據不完全統計，目前已經有加拿大、美國、澳大利亞、芬蘭、約旦、斯洛伐克、俄羅斯、智利等十多個國家和地區引進或開發了數碼迷彩技術。其中最具代表性的是加拿大的CADPAT、美國海軍MARPAT和陸軍ARPAT數碼迷彩，以及約旦的KA2數碼迷彩等[4]。

我國的數碼迷彩研究還處于起步階段。主要針對10m偵查距離下的單兵目標，其斑點邊緣實現了像素化，但斑點形狀和分布仍未擺脫傳統迷彩的束縛，不能稱作真正意義上的數碼迷彩。在武器裝備上應用數碼迷彩，除了要針對武器裝備的戰場應用和偵察探測方式進行量身定制外，還要綜合運用偽裝、偵察、材料、視覺心理學、概率統計、圖形學等多個學科領域的知識。是一個多學科交叉的前沿性課題，研究難度很大。目前，我們的研究還不夠系統，研究時問短，數碼迷彩的設計還沒有成熟的理論支撐，實施手段還停留在用Photoshop工具手繪圖案、模板手工噴涂的水平上。通過調研分析，應用效果還不是很理想。

2 數碼迷彩設計過程

該設計通過對地面設備的背景圖像進行分析歸類，計算出數碼迷彩單元的基本尺寸，根據分析、計算，設計與背景顏色、紋理相融合的高仿真迷彩圖案。

2.1 選取地面設備的背景

根據對地面設備周圍環境進行分析，選取背景區域，背景區域約為設備區域大小的20倍。通過采集設備的環境背景圖像，分析確定出代表環境特征的背景類型，并選取若干張背景圖片，作為待處理的背景圖像。

2.2 顏色空間轉換

顏色的選擇在數碼迷彩圖案設計中至關重要。迷彩斑點的顏色必須符合地面設備背景的主體顏色。主色通常為3～5種，最多不超過6種。顏色一般用3個獨立變量來表示，這樣形成的空間坐標就是顏色空間。常見的顏色空間有RGB、HsV、HIS、CMYK、Lab模型等。在迷彩設計中，選取顏色模型的原則是看它是否適合人的視覺特性以及對色彩的感知特性，目前常采用的顏色空間有HIS、HSV、Lab模型等。HSI色彩模型與人的顏色感知一一對應，設計中選擇HIS模型。目標的背景圖像是通過數碼相機等圖像記錄設備獲得，由紅（R）、綠（G）、藍（B）波段合成的真彩色圖像。背景圖像先從RGB空間轉換到其他空間，進行相應計算和處理，最后再轉換回RGB空間顯示出來。HIS色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，它們之間存在以下轉換關系[7]：endprint

2.3 提取背景圖像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用顏色空間轉換后的HIS、HSV或Lab模型，通過聚類分析法來實現。具體來說，就是選擇一個色差大的標準色作為初始聚類中心，然后根據一定的聚類原則進行顏色的聚類，經過多次循環處理，不斷減少顏色的數目，最后得到需要的背景優勢色。

2.4 提取背景圖像的斑塊信息

迷彩的紋理反映了迷彩斑塊的形狀、分布和配置信息。數碼迷彩通常涉及兩類紋理：微觀紋理和宏觀紋理。微觀紋理是指當近距離觀察時看到的小斑點迷彩圖像。宏觀紋理是指當拉大觀察距離時，并置的像素點發生空間混色后，形成的大斑塊圖像。背景圖像的斑塊指背景圖像的宏觀紋理特征，采用圖像分割技術進行提取，以此作為迷彩斑塊的設計依據。斑塊提取的方法采用區域生長法、結合邊緣檢測和區域分割的形狀特征提取。

2.5 確定數碼單元的尺寸

從人眼的分辨率和斑點設計的原則出發，確定斑點設計的基本單元的形狀和尺寸。確定數碼單元的尺寸，就是研究迷彩單元與顏色斑塊及圖像紋理之間的關系，通過圖像判讀試驗，確定出能夠兼顧模擬背景主色與紋理的基本數碼單元的尺寸。同繪制一定比例的平面地圖相類似，數碼相機所拍攝的照片尺寸是實物尺寸按一定比例縮小得到的結果。參照地圖比例尺的概念，在相機所拍攝的圖像中，根據實際需要設定一個像素單元所對應的實際尺寸，確定數碼單元的尺寸。

2.6 數碼迷彩圖案的生成與優化

生成數碼迷彩圖案的過程，就是用數碼單元色塊對迷彩斑塊進行填充的過程。當通過循環遍歷的方法將所有斑塊填充完畢時，就生成了最終的數碼迷彩圖案。迷彩圖案生成后，根據偽裝效果進行優化。下面介紹數碼迷彩圖案優化過程。

以地面設備中廂式車為對象，以南方林地型迷彩作為基準，其中：中綠占40%、深綠30%、灰土占20%、亮綠占10%。借助計算機輔助設計方法，利用平面圖形設計軟件Photoshop的圖層分組技術解決：

（1）以綠色為最底層圖層，建立深綠、灰土、亮綠三個組，每個組下建立相應顏色的多個圖層，這些圖層之間進行精確的位移，以確保整體沒有接縫。

（2）在圖形軟件中根據圖案產生馬賽克斑的效果和視覺的協調性，建立了10種由方塊組合成的形狀不一的模塊。在斑點顏色、形狀和配置上選用模塊組合圖案，并使用計算機模擬組合模塊來考察圖案合理性。見圖1、圖2。

（3）根據車廂各表面的實際結構（主要為門窗）繼續優化圖案設計，結果見圖3～圖4。

數碼迷彩方艙視覺表現為馬賽克圖面，能有效融入背景色中，不易被發現，偽裝性能優于斑點迷彩。效果見圖5、圖6。

3 結語

本文介紹偽裝技術的重要性，并對數碼迷彩國內外研究現狀進行了分析；以地面設備中廂式車為例，進行數碼迷彩設計和優化，并取得了很好的偽裝效果，為今后地面設備偽裝技術發展奠定了基礎。

隨著數碼迷彩技術的不斷發展和應用，在未來它必將取代傳統迷彩，成為迷彩偽裝的主流。深入研究和運用推廣數碼迷彩技術對于適應現代偵察技術挑戰、提高武器裝備的戰場生存能力具有重要意義。

參考文獻

[1]Surplus，Adventure.MilitaryCamouflage[EB/OL].2008-04-21.http：//www.surplusandadventure.com/shop/home/product-information/camouflage/military-camouflage.html#history.

[2]姚永平.陸軍裝備偽裝研究[M].北京：軍事科學出版社，2006：24～216.

[3]喻鈞，王璨.固定目標偽裝的數碼迷彩設計[J].光電工程，2011，39（4）：134～136，154.

[4]喻鈞，楊武俠.數碼迷彩的生成算法[J].光電工程，2010，37（11）：110～114.

[5]喻鈞，雙曉.基于光學偽裝的數碼迷彩技術[J].光電工程，2011，39（12）：142～145.

[6]張建春.迷彩偽裝技術[M].北京：中國紡織出版社，2002：47～128.

[7]章贛晉.圖像處理和分析[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8]徐英.基于背景代表色提取的迷彩偽裝顏色選取算法[J].光電工程，2007，6（1）：100～103.endprint

2.3 提取背景圖像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用顏色空間轉換后的HIS、HSV或Lab模型，通過聚類分析法來實現。具體來說，就是選擇一個色差大的標準色作為初始聚類中心，然后根據一定的聚類原則進行顏色的聚類，經過多次循環處理，不斷減少顏色的數目，最后得到需要的背景優勢色。

2.4 提取背景圖像的斑塊信息

迷彩的紋理反映了迷彩斑塊的形狀、分布和配置信息。數碼迷彩通常涉及兩類紋理：微觀紋理和宏觀紋理。微觀紋理是指當近距離觀察時看到的小斑點迷彩圖像。宏觀紋理是指當拉大觀察距離時，并置的像素點發生空間混色后，形成的大斑塊圖像。背景圖像的斑塊指背景圖像的宏觀紋理特征，采用圖像分割技術進行提取，以此作為迷彩斑塊的設計依據。斑塊提取的方法采用區域生長法、結合邊緣檢測和區域分割的形狀特征提取。

2.5 確定數碼單元的尺寸

從人眼的分辨率和斑點設計的原則出發，確定斑點設計的基本單元的形狀和尺寸。確定數碼單元的尺寸，就是研究迷彩單元與顏色斑塊及圖像紋理之間的關系，通過圖像判讀試驗，確定出能夠兼顧模擬背景主色與紋理的基本數碼單元的尺寸。同繪制一定比例的平面地圖相類似，數碼相機所拍攝的照片尺寸是實物尺寸按一定比例縮小得到的結果。參照地圖比例尺的概念，在相機所拍攝的圖像中，根據實際需要設定一個像素單元所對應的實際尺寸，確定數碼單元的尺寸。

2.6 數碼迷彩圖案的生成與優化

生成數碼迷彩圖案的過程，就是用數碼單元色塊對迷彩斑塊進行填充的過程。當通過循環遍歷的方法將所有斑塊填充完畢時，就生成了最終的數碼迷彩圖案。迷彩圖案生成后，根據偽裝效果進行優化。下面介紹數碼迷彩圖案優化過程。

以地面設備中廂式車為對象，以南方林地型迷彩作為基準，其中：中綠占40%、深綠30%、灰土占20%、亮綠占10%。借助計算機輔助設計方法，利用平面圖形設計軟件Photoshop的圖層分組技術解決：

（1）以綠色為最底層圖層，建立深綠、灰土、亮綠三個組，每個組下建立相應顏色的多個圖層，這些圖層之間進行精確的位移，以確保整體沒有接縫。

（2）在圖形軟件中根據圖案產生馬賽克斑的效果和視覺的協調性，建立了10種由方塊組合成的形狀不一的模塊。在斑點顏色、形狀和配置上選用模塊組合圖案，并使用計算機模擬組合模塊來考察圖案合理性。見圖1、圖2。

（3）根據車廂各表面的實際結構（主要為門窗）繼續優化圖案設計，結果見圖3～圖4。

數碼迷彩方艙視覺表現為馬賽克圖面，能有效融入背景色中，不易被發現，偽裝性能優于斑點迷彩。效果見圖5、圖6。

3 結語

本文介紹偽裝技術的重要性，并對數碼迷彩國內外研究現狀進行了分析；以地面設備中廂式車為例，進行數碼迷彩設計和優化，并取得了很好的偽裝效果，為今后地面設備偽裝技術發展奠定了基礎。

隨著數碼迷彩技術的不斷發展和應用，在未來它必將取代傳統迷彩，成為迷彩偽裝的主流。深入研究和運用推廣數碼迷彩技術對于適應現代偵察技術挑戰、提高武器裝備的戰場生存能力具有重要意義。

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2.3 提取背景圖像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用顏色空間轉換后的HIS、HSV或Lab模型，通過聚類分析法來實現。具體來說，就是選擇一個色差大的標準色作為初始聚類中心，然后根據一定的聚類原則進行顏色的聚類，經過多次循環處理，不斷減少顏色的數目，最后得到需要的背景優勢色。

2.4 提取背景圖像的斑塊信息

迷彩的紋理反映了迷彩斑塊的形狀、分布和配置信息。數碼迷彩通常涉及兩類紋理：微觀紋理和宏觀紋理。微觀紋理是指當近距離觀察時看到的小斑點迷彩圖像。宏觀紋理是指當拉大觀察距離時，并置的像素點發生空間混色后，形成的大斑塊圖像。背景圖像的斑塊指背景圖像的宏觀紋理特征，采用圖像分割技術進行提取，以此作為迷彩斑塊的設計依據。斑塊提取的方法采用區域生長法、結合邊緣檢測和區域分割的形狀特征提取。

2.5 確定數碼單元的尺寸

從人眼的分辨率和斑點設計的原則出發，確定斑點設計的基本單元的形狀和尺寸。確定數碼單元的尺寸，就是研究迷彩單元與顏色斑塊及圖像紋理之間的關系，通過圖像判讀試驗，確定出能夠兼顧模擬背景主色與紋理的基本數碼單元的尺寸。同繪制一定比例的平面地圖相類似，數碼相機所拍攝的照片尺寸是實物尺寸按一定比例縮小得到的結果。參照地圖比例尺的概念，在相機所拍攝的圖像中，根據實際需要設定一個像素單元所對應的實際尺寸，確定數碼單元的尺寸。

2.6 數碼迷彩圖案的生成與優化

生成數碼迷彩圖案的過程，就是用數碼單元色塊對迷彩斑塊進行填充的過程。當通過循環遍歷的方法將所有斑塊填充完畢時，就生成了最終的數碼迷彩圖案。迷彩圖案生成后，根據偽裝效果進行優化。下面介紹數碼迷彩圖案優化過程。

以地面設備中廂式車為對象，以南方林地型迷彩作為基準，其中：中綠占40%、深綠30%、灰土占20%、亮綠占10%。借助計算機輔助設計方法，利用平面圖形設計軟件Photoshop的圖層分組技術解決：

（1）以綠色為最底層圖層，建立深綠、灰土、亮綠三個組，每個組下建立相應顏色的多個圖層，這些圖層之間進行精確的位移，以確保整體沒有接縫。

（2）在圖形軟件中根據圖案產生馬賽克斑的效果和視覺的協調性，建立了10種由方塊組合成的形狀不一的模塊。在斑點顏色、形狀和配置上選用模塊組合圖案，并使用計算機模擬組合模塊來考察圖案合理性。見圖1、圖2。

（3）根據車廂各表面的實際結構（主要為門窗）繼續優化圖案設計，結果見圖3～圖4。

數碼迷彩方艙視覺表現為馬賽克圖面，能有效融入背景色中，不易被發現，偽裝性能優于斑點迷彩。效果見圖5、圖6。

3 結語

本文介紹偽裝技術的重要性，并對數碼迷彩國內外研究現狀進行了分析；以地面設備中廂式車為例，進行數碼迷彩設計和優化，并取得了很好的偽裝效果，為今后地面設備偽裝技術發展奠定了基礎。

隨著數碼迷彩技術的不斷發展和應用，在未來它必將取代傳統迷彩，成為迷彩偽裝的主流。深入研究和運用推廣數碼迷彩技術對于適應現代偵察技術挑戰、提高武器裝備的戰場生存能力具有重要意義。

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[8]徐英.基于背景代表色提取的迷彩偽裝顏色選取算法[J].光電工程，2007，6（1）：100～103.endprint