地面设备数码迷彩伪装技术研究

张桂艳++张勇

摘要：以地面设备为研究背景，分析伪装对现代战争的重要性；介绍数码迷彩伪装国内外现状；分析介绍数码迷彩设计和优化过程，并以地面设备中车厢式车为例，进行数码迷彩优化，在优化过程中取得了较好的伪装效果。

关键词：伪装 地面设备 数码迷彩 设计优化

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0108-03

现代战争中，伪装是作战保障的重要内容。正确地实施伪装，不仅能隐蔽作战意图，达成作战行动的突然性，而且能降低敌方杀伤兵器的命中率，减少己方人员、工事和兵器的毁伤，提高部队的生存能力，争取战场的主动权。

迷彩伪装作为兵家隐真示假的重要手段，已经成为各国竞相发展的伪装技术之一。传统迷彩的发展和应用从二次世界大战至今已经历了将近一个世纪，在保护军事基地和重要战略目标等方面发挥了巨大作用。传统迷彩主要由斑点或条纹构成，斑点较大，边缘圆滑，视觉区分度较强，适用于对抗近距离、低分辨率的光学侦察和近红外侦察。在迷彩斑块的设计过程中，除了通过空中照片或地图间接测定其面积分布外，斑块的颜色、形状和配置主要依据设计人员的经验，因而往往脱离目标的周围背景，设计出的迷彩图案不能很好地适应各种地形地貌的变化。尤其是现代战争的侦测手段呈现出多维化、智能化、分辨能力精细化的重要趋势，从“背景”中提取特异“图形”的能力越来越强，传统迷彩伪装已经难以对付高分辨率航空和卫星成像侦察。

数码迷彩也叫像素点阵迷彩或马赛克迷彩，与传统迷彩有很大的不同。它运用像素点阵的成像原理以及人类的视觉感受特性，通过数码“点阵”的形式使得迷彩图案呈现不规则的重叠，不同颜色间的边缘模糊、破碎，非常易于模拟自然背景。在现实的丛林或沙漠条件下，叶片、碎石或细沙的不规则轮廓正好与数码点阵的特性相符，容易给观察者造成一种“视错觉”，使观察者从“背景”中提取特异“图形”极为困难，从而达到了很好的变形和伪装效果，能够有效地对付高分辨率航空与航天光学侦察。地面设备作为武器系统的重要组成部分，影响其作战使用能力、生存能力等，本文提出一种新的数码迷彩，生成的数码图案克服了传统迷彩边缘平滑、界限分明的缺点，使得不同颜色间的边缘模糊化，具有良好的混色效果，更易于与目标背景相融合，可是地面设备取得较好的伪装效果。

1 数码迷彩的国内外研究现状

数码迷彩的雏形出现于20世纪70年代，当时数字成像侦察还没有进人军事应用，国外学者主要是从视觉心理的角度来研究迷彩设计与图案组合问题。从20世纪90年代初开始，数字成像侦察逐步得到应用。

加拿大是世界上最早研究数码迷彩的国家，对数码迷彩的研究始于1995年。1996年加拿大首先研究出CADPAT（Canadian Disruptive Pattern）温带丛林数码迷彩作战服，进行试用后取得了令人惊叹的效果。根据加拿大国防部研究基地实验表明，CADPAT的有效作用距离范围介于50～300m之间，隐藏效果比原有迷彩在科学指标上提高了45%。该作战服2001年在加拿大陆军开始大规模配发。2001年北约举行了野外军服测试，CAD—PAT的伪装性能明显地超越了美国的丛林迷彩、德国的小斑点迷彩和英国的扰乱图案迷彩[1]。由美陆军与陆军纳蒂克研究中心共同研制的主要针对丛林、沙漠、城市的数码迷彩MARPAT（Ma—rine Pattern Camouflage）于2002年首次列装美国海军陆战队。2003年的伊拉克战争中，美国海军陆战队试用了MARPAT，数码迷彩经受了实战检验。2004年6月美军宣布将以新型的数码迷彩通用作战服取代使用中的林地型和沙漠型迷彩作战服.成为美国陆军唯一的迷彩作战服[3]。

据不完全统计，目前已经有加拿大、美国、澳大利亚、芬兰、约旦、斯洛伐克、俄罗斯、智利等十多个国家和地区引进或开发了数码迷彩技术。其中最具代表性的是加拿大的CADPAT、美国海军MARPAT和陆军ARPAT数码迷彩，以及约旦的KA2数码迷彩等[4]。

我国的数码迷彩研究还处于起步阶段。主要针对10m侦查距离下的单兵目标，其斑点边缘实现了像素化，但斑点形状和分布仍未摆脱传统迷彩的束缚，不能称作真正意义上的数码迷彩。在武器装备上应用数码迷彩，除了要针对武器装备的战场应用和侦察探测方式进行量身定制外，还要综合运用伪装、侦察、材料、视觉心理学、概率统计、图形学等多个学科领域的知识。是一个多学科交叉的前沿性课题，研究难度很大。目前，我们的研究还不够系统，研究时问短，数码迷彩的设计还没有成熟的理论支撑，实施手段还停留在用Photoshop工具手绘图案、模板手工喷涂的水平上。通过调研分析，应用效果还不是很理想。

2 数码迷彩设计过程

该设计通过对地面设备的背景图像进行分析归类，计算出数码迷彩单元的基本尺寸，根据分析、计算，设计与背景颜色、纹理相融合的高仿真迷彩图案。

2.1 选取地面设备的背景

根据对地面设备周围环境进行分析，选取背景区域，背景区域约为设备区域大小的20倍。通过采集设备的环境背景图像，分析确定出代表环境特征的背景类型，并选取若干张背景图片，作为待处理的背景图像。

2.2 颜色空间转换

颜色的选择在数码迷彩图案设计中至关重要。迷彩斑点的颜色必须符合地面设备背景的主体颜色。主色通常为3～5种，最多不超过6种。颜色一般用3个独立变量来表示，这样形成的空间坐标就是颜色空间。常见的颜色空间有RGB、HsV、HIS、CMYK、Lab模型等。在迷彩设计中，选取颜色模型的原则是看它是否适合人的视觉特性以及对色彩的感知特性，目前常采用的颜色空间有HIS、HSV、Lab模型等。HSI色彩模型与人的颜色感知一一对应，设计中选择HIS模型。目标的背景图像是通过数码相机等图像记录设备获得，由红（R）、绿（G）、蓝（B）波段合成的真彩色图像。背景图像先从RGB空间转换到其他空间，进行相应计算和处理，最后再转换回RGB空间显示出来。HIS色彩空间和RGB色彩空间只是同一物理量的不同表示法，它们之间存在以下转换关系[7]：endprint

2.3 提取背景图像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用颜色空间转换后的HIS、HSV或Lab模型，通过聚类分析法来实现。具体来说，就是选择一个色差大的标准色作为初始聚类中心，然后根据一定的聚类原则进行颜色的聚类，经过多次循环处理，不断减少颜色的数目，最后得到需要的背景优势色。

2.4 提取背景图像的斑块信息

迷彩的纹理反映了迷彩斑块的形状、分布和配置信息。数码迷彩通常涉及两类纹理：微观纹理和宏观纹理。微观纹理是指当近距离观察时看到的小斑点迷彩图像。宏观纹理是指当拉大观察距离时，并置的像素点发生空间混色后，形成的大斑块图像。背景图像的斑块指背景图像的宏观纹理特征，采用图像分割技术进行提取，以此作为迷彩斑块的设计依据。斑块提取的方法采用区域生长法、结合边缘检测和区域分割的形状特征提取。

2.5 确定数码单元的尺寸

从人眼的分辨率和斑点设计的原则出发，确定斑点设计的基本单元的形状和尺寸。确定数码单元的尺寸，就是研究迷彩单元与颜色斑块及图像纹理之间的关系，通过图像判读试验，确定出能够兼顾模拟背景主色与纹理的基本数码单元的尺寸。同绘制一定比例的平面地图相类似，数码相机所拍摄的照片尺寸是实物尺寸按一定比例缩小得到的结果。参照地图比例尺的概念，在相机所拍摄的图像中，根据实际需要设定一个像素单元所对应的实际尺寸，确定数码单元的尺寸。

2.6 数码迷彩图案的生成与优化

生成数码迷彩图案的过程，就是用数码单元色块对迷彩斑块进行填充的过程。当通过循环遍历的方法将所有斑块填充完毕时，就生成了最终的数码迷彩图案。迷彩图案生成后，根据伪装效果进行优化。下面介绍数码迷彩图案优化过程。

以地面设备中厢式车为对象，以南方林地型迷彩作为基准，其中：中绿占40%、深绿30%、灰土占20%、亮绿占10%。借助计算机辅助设计方法，利用平面图形设计软件Photoshop的图层分组技术解决：

（1）以绿色为最底层图层，建立深绿、灰土、亮绿三个组，每个组下建立相应颜色的多个图层，这些图层之间进行精确的位移，以确保整体没有接缝。

（2）在图形软件中根据图案产生马赛克斑的效果和视觉的协调性，建立了10种由方块组合成的形状不一的模块。在斑点颜色、形状和配置上选用模块组合图案，并使用计算机模拟组合模块来考察图案合理性。见图1、图2。

（3）根据车厢各表面的实际结构（主要为门窗）继续优化图案设计，结果见图3～图4。

数码迷彩方舱视觉表现为马赛克图面，能有效融入背景色中，不易被发现，伪装性能优于斑点迷彩。效果见图5、图6。

3 结语

本文介绍伪装技术的重要性，并对数码迷彩国内外研究现状进行了分析；以地面设备中厢式车为例，进行数码迷彩设计和优化，并取得了很好的伪装效果，为今后地面设备伪装技术发展奠定了基础。

随着数码迷彩技术的不断发展和应用，在未来它必将取代传统迷彩，成为迷彩伪装的主流。深入研究和运用推广数码迷彩技术对于适应现代侦察技术挑战、提高武器装备的战场生存能力具有重要意义。

参考文献

[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.陆军装备伪装研究[M].北京：军事科学出版社，2006：24～216.

[3]喻钧，王璨.固定目标伪装的数码迷彩设计[J].光电工程，2011，39（4）：134～136，154.

[4]喻钧，杨武侠.数码迷彩的生成算法[J].光电工程，2010，37（11）：110～114.

[5]喻钧，双晓.基于光学伪装的数码迷彩技术[J].光电工程，2011，39（12）：142～145.

[6]张建春.迷彩伪装技术[M].北京：中国纺织出版社，2002：47～128.

[7]章赣晋.图像处理和分析[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伪装颜色选取算法[J].光电工程，2007，6（1）：100～103.endprint

2.3 提取背景图像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用颜色空间转换后的HIS、HSV或Lab模型，通过聚类分析法来实现。具体来说，就是选择一个色差大的标准色作为初始聚类中心，然后根据一定的聚类原则进行颜色的聚类，经过多次循环处理，不断减少颜色的数目，最后得到需要的背景优势色。

2.4 提取背景图像的斑块信息

迷彩的纹理反映了迷彩斑块的形状、分布和配置信息。数码迷彩通常涉及两类纹理：微观纹理和宏观纹理。微观纹理是指当近距离观察时看到的小斑点迷彩图像。宏观纹理是指当拉大观察距离时，并置的像素点发生空间混色后，形成的大斑块图像。背景图像的斑块指背景图像的宏观纹理特征，采用图像分割技术进行提取，以此作为迷彩斑块的设计依据。斑块提取的方法采用区域生长法、结合边缘检测和区域分割的形状特征提取。

2.5 确定数码单元的尺寸

从人眼的分辨率和斑点设计的原则出发，确定斑点设计的基本单元的形状和尺寸。确定数码单元的尺寸，就是研究迷彩单元与颜色斑块及图像纹理之间的关系，通过图像判读试验，确定出能够兼顾模拟背景主色与纹理的基本数码单元的尺寸。同绘制一定比例的平面地图相类似，数码相机所拍摄的照片尺寸是实物尺寸按一定比例缩小得到的结果。参照地图比例尺的概念，在相机所拍摄的图像中，根据实际需要设定一个像素单元所对应的实际尺寸，确定数码单元的尺寸。

2.6 数码迷彩图案的生成与优化

生成数码迷彩图案的过程，就是用数码单元色块对迷彩斑块进行填充的过程。当通过循环遍历的方法将所有斑块填充完毕时，就生成了最终的数码迷彩图案。迷彩图案生成后，根据伪装效果进行优化。下面介绍数码迷彩图案优化过程。

以地面设备中厢式车为对象，以南方林地型迷彩作为基准，其中：中绿占40%、深绿30%、灰土占20%、亮绿占10%。借助计算机辅助设计方法，利用平面图形设计软件Photoshop的图层分组技术解决：

（1）以绿色为最底层图层，建立深绿、灰土、亮绿三个组，每个组下建立相应颜色的多个图层，这些图层之间进行精确的位移，以确保整体没有接缝。

（2）在图形软件中根据图案产生马赛克斑的效果和视觉的协调性，建立了10种由方块组合成的形状不一的模块。在斑点颜色、形状和配置上选用模块组合图案，并使用计算机模拟组合模块来考察图案合理性。见图1、图2。

（3）根据车厢各表面的实际结构（主要为门窗）继续优化图案设计，结果见图3～图4。

数码迷彩方舱视觉表现为马赛克图面，能有效融入背景色中，不易被发现，伪装性能优于斑点迷彩。效果见图5、图6。

3 结语

本文介绍伪装技术的重要性，并对数码迷彩国内外研究现状进行了分析；以地面设备中厢式车为例，进行数码迷彩设计和优化，并取得了很好的伪装效果，为今后地面设备伪装技术发展奠定了基础。

随着数码迷彩技术的不断发展和应用，在未来它必将取代传统迷彩，成为迷彩伪装的主流。深入研究和运用推广数码迷彩技术对于适应现代侦察技术挑战、提高武器装备的战场生存能力具有重要意义。

参考文献

[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.陆军装备伪装研究[M].北京：军事科学出版社，2006：24～216.

[3]喻钧，王璨.固定目标伪装的数码迷彩设计[J].光电工程，2011，39（4）：134～136，154.

[4]喻钧，杨武侠.数码迷彩的生成算法[J].光电工程，2010，37（11）：110～114.

[5]喻钧，双晓.基于光学伪装的数码迷彩技术[J].光电工程，2011，39（12）：142～145.

[6]张建春.迷彩伪装技术[M].北京：中国纺织出版社，2002：47～128.

[7]章赣晋.图像处理和分析[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伪装颜色选取算法[J].光电工程，2007，6（1）：100～103.endprint

2.3 提取背景图像的主色信息

提取背景主色的方法，一般是利用颜色空间转换后的HIS、HSV或Lab模型，通过聚类分析法来实现。具体来说，就是选择一个色差大的标准色作为初始聚类中心，然后根据一定的聚类原则进行颜色的聚类，经过多次循环处理，不断减少颜色的数目，最后得到需要的背景优势色。

2.4 提取背景图像的斑块信息

迷彩的纹理反映了迷彩斑块的形状、分布和配置信息。数码迷彩通常涉及两类纹理：微观纹理和宏观纹理。微观纹理是指当近距离观察时看到的小斑点迷彩图像。宏观纹理是指当拉大观察距离时，并置的像素点发生空间混色后，形成的大斑块图像。背景图像的斑块指背景图像的宏观纹理特征，采用图像分割技术进行提取，以此作为迷彩斑块的设计依据。斑块提取的方法采用区域生长法、结合边缘检测和区域分割的形状特征提取。

2.5 确定数码单元的尺寸

从人眼的分辨率和斑点设计的原则出发，确定斑点设计的基本单元的形状和尺寸。确定数码单元的尺寸，就是研究迷彩单元与颜色斑块及图像纹理之间的关系，通过图像判读试验，确定出能够兼顾模拟背景主色与纹理的基本数码单元的尺寸。同绘制一定比例的平面地图相类似，数码相机所拍摄的照片尺寸是实物尺寸按一定比例缩小得到的结果。参照地图比例尺的概念，在相机所拍摄的图像中，根据实际需要设定一个像素单元所对应的实际尺寸，确定数码单元的尺寸。

2.6 数码迷彩图案的生成与优化

生成数码迷彩图案的过程，就是用数码单元色块对迷彩斑块进行填充的过程。当通过循环遍历的方法将所有斑块填充完毕时，就生成了最终的数码迷彩图案。迷彩图案生成后，根据伪装效果进行优化。下面介绍数码迷彩图案优化过程。

以地面设备中厢式车为对象，以南方林地型迷彩作为基准，其中：中绿占40%、深绿30%、灰土占20%、亮绿占10%。借助计算机辅助设计方法，利用平面图形设计软件Photoshop的图层分组技术解决：

（1）以绿色为最底层图层，建立深绿、灰土、亮绿三个组，每个组下建立相应颜色的多个图层，这些图层之间进行精确的位移，以确保整体没有接缝。

（2）在图形软件中根据图案产生马赛克斑的效果和视觉的协调性，建立了10种由方块组合成的形状不一的模块。在斑点颜色、形状和配置上选用模块组合图案，并使用计算机模拟组合模块来考察图案合理性。见图1、图2。

（3）根据车厢各表面的实际结构（主要为门窗）继续优化图案设计，结果见图3～图4。

数码迷彩方舱视觉表现为马赛克图面，能有效融入背景色中，不易被发现，伪装性能优于斑点迷彩。效果见图5、图6。

3 结语

本文介绍伪装技术的重要性，并对数码迷彩国内外研究现状进行了分析；以地面设备中厢式车为例，进行数码迷彩设计和优化，并取得了很好的伪装效果，为今后地面设备伪装技术发展奠定了基础。

随着数码迷彩技术的不断发展和应用，在未来它必将取代传统迷彩，成为迷彩伪装的主流。深入研究和运用推广数码迷彩技术对于适应现代侦察技术挑战、提高武器装备的战场生存能力具有重要意义。

参考文献

[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.陆军装备伪装研究[M].北京：军事科学出版社，2006：24～216.

[3]喻钧，王璨.固定目标伪装的数码迷彩设计[J].光电工程，2011，39（4）：134～136，154.

[4]喻钧，杨武侠.数码迷彩的生成算法[J].光电工程，2010，37（11）：110～114.

[5]喻钧，双晓.基于光学伪装的数码迷彩技术[J].光电工程，2011，39（12）：142～145.

[6]张建春.迷彩伪装技术[M].北京：中国纺织出版社，2002：47～128.

[7]章赣晋.图像处理和分析[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伪装颜色选取算法[J].光电工程，2007，6（1）：100～103.endprint