城市环境下装备车辆涂装方案设计

王文娟 崔佩璋 李绪凯

摘要：装备车辆涂装是最基本的军事伪装手段，针对陆军装备车辆迷彩图案设计种类少、数量少、难以满足多层级分辨率下的伪装等装备车辆涂装的问题，提出了基于城市作战环境下，采用不同侦察手段、不同视角、不同分辨率下的车辆视图建模，典型城市背景建模、车辆涂装图案设计方法、伪装效果的三维可视化仿真模型与样例验证的方案论证。研究表明，基于融合理论的跨层优化涂装图案设计方案在城市作战背景下，具有抗多手段侦察、伪装性能优良的特点。

关键词：城市作战；陆军装备；迷彩伪装；优化融合

中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1008-1739（2021）24-64-4

0引言

随着全球经济快速增长，世界正向城市化转变，城市的军事地位愈加重要，城市作战正逐渐演化成一种新的军事行动样式。装备车辆涂装作为最基本的军事伪装手段，是现代战争中对抗侦察与打击的常用手段之一[1-2]。而现有的陆军装备涂装迷彩类型较少，仅适用于颜色偏绿的植被地貌和荒漠、高原、沙漠及其相似地区，城市作战环境下陆军装备车辆迷彩伪装方面仍存在一些不足。

本文针对陆军装备车辆在城市作战背景下的涂装需求，开展陆军装备车辆视图建模、典型城市背景建模和车辆涂装图案设计等方面的研究。在城市作战环境下将方案应用于陆军装备车辆的涂装中，为现代战争中提高伪装目标战场生存能力提供有利条件。

1装备车辆涂装问题

根据可查询的陆军装备涂装方案进行分析判断、总结不足，表现为以下几个方面。

1.1迷彩图案设计种类少、数量少

1988年，美国贝尔沃研究發展和工程中心完成413套迷彩图案的设计，可满足834种不同装备的迷彩伪装要求，该中心分别提供给美国陆军驻多国部队共计22 500套图纸以适应地域差异。

相对比，《GJB404-2000陆军装备变形迷彩图册》规定的典型装备变形迷彩图案也只有75张，仅能满足林地南方型、林地北方型、草原型、荒漠型、雪地型作战环境下或类似作战背景下的伪装。而我国幅员辽阔，各战区地区性差异性大，仅有5种典型背景的变形迷彩图案，远远不能适应具有广泛机动特点的军用车辆伪装的需要。而未来的军事行动极有可能会更多地集中在城市，城市作战环境下的车辆伪装是短板，而城市的道路和建筑物较为复杂，各种城市建筑风格受地域、宗教等的影响，使得城市作战背景下装备伪装受到挑战。因此，与美陆军相比，我国陆军迷彩图案设计种类少、图纸数量少，导致其无法满足多变的作战环境。

1.2陆军装备车辆目标伪装难

在现代信息化战争中，随着光学单元、无人机、卫星等高技术侦察探测手段的运用，战场信息获取能力不断增强，各类军事目标面临日益严峻的生存威胁。多样化的侦察探测手段分辨率不同，监测到的目标显著性也不同。多样化的侦察探测手段条件下进行的多层级分辨率下的目标监测，导致地面陆军装备车辆目标易暴露、伪装难。

1.3涂装图案特征跨层优化融合难

对于城市背景而言，不同侦查设备、不同视角、不同分辨率下，背景的主颜色差别较大，甚至在同一视角下，不同地域内背景也会差别较大，例如城市化地区的城市核心区、边缘区、住宅区、郊区工业区等背景特征差别明显，利用这些背景进行涂装颜色选取也会存在难度，光学单元、无人机、卫星等各层级背景条件下得到的车辆涂装图案特征跨层优化融合困难，导致难以满足多层级分辨率下的车辆伪装需要。

2城市作战环境下陆军装备车辆涂装方案

针对城市作战环境下陆军装备车辆涂装的问题，进行涂装方案的论证。将总体方案分为背景及目标建模、车辆涂装图案设计、样例验证试验3个层次，总体方案如图1所示。车辆视图建模是基于采集的车辆目标结构信息数据在光学单元侦察场景、无人机广域视角、航空卫星成像背景下进行的，典型城市背景建模主要依赖于遥感影像采集的城市背景下提取的典型城市背景特征；车辆涂装图案设计基于背景主色、背景纹理特征提取而设计，要结合多层背景下的跨层优化融合生成最终的涂装图案。主要通过理论分析、计算机仿真实验的方式开展。计算机仿真实验是通过利用仿真软件进行模拟仿真，基于生成涂装图案构建三维立体伪装车辆目标，开展模拟场景下的陆军装备车辆涂装样例验证。

2.1陆军典型车辆视图建模与典型城市背景建模

信息数据采集是建模的基础条件，任务包括陆军典型装备车辆目标结构信息数据采集和典型城市背景遥感影像数据采集两部分。

实现多角度下的陆军典型装备车辆目标涂装设计，需对车辆目标进行基于三维数据测量的立体建模。三维数据测量可采用接触式测量和非接触式测量2种方法，接触式测量方法是利用尺子直接测量装备，这种方法测量速度慢，但是精度高，可采用接触式测量对少数典型装备车辆结构信息进行数据采集。非接触式测量主要有光学测量方法和基于视觉系统的方法。采用光学测量的方法对近距离、低分辨率的光学侦察下陆军典型装备车辆结构信息进行数据采集，采用基于视觉系统的双目视觉数字测量方法对无人机广域视角下陆军典型装备车辆进行数据采集，无人机具有空中优势，可增加拍摄角度，得到充分的数据。

航空卫星成像侦察车辆距离远，卫星成像侦察有图像质量、侦察时间及侦察区域等属性的复杂性，为侦查到地面的装备车辆，要求卫星成像侦察获取的图像具有高分辨率，对卫星成像侦察系统能力提出高要求。

当涂装图案设计为数码迷彩图案时，对光学侦察下车辆目标进行立体视图建模，典型建模方法是采用采集到的数据得到车辆的外观信息，用目标四边形网格建模方法输出符合数码迷彩设计要求的三维规则四边形网格模型。涂装图案设计为变形迷彩图案时，因为要得到不定型斑点，需要设计车辆目标的整体视图模型。

无人机广域视角下陆军典型装备车辆视图建模研究具有诸多优势，无人机飞行高度不同时，可实现代替地面光学单元测量的低空目标测量和代替卫星视图影像的高空目标侦测[3]。项目主要研究无人机视角下介于地面光学单元测量和卫星视图影像之间的车辆视图建模。进行数码迷彩设计时，可输出包含整块小四边形网格的大四边形网格模型。

航空卫星成像侦察车辆更关注车上方视图，可对车上方进行视图建模。同理，进行数码迷彩设计时，设计包含整数块大四边形网格的较大四边形网格模型。图2为设计数码迷彩图案时，3种视图下的目标网格模型[4]。

在城市作战环境中，背景的成分包括建筑物、道路、树木、路灯及桥梁等，由于气候、社会、宗教和人文等外部因素，背景会更复杂。基于迷彩伪装设计原则，使车辆上某一种变形迷彩斑点图案在某一城市作战环境下有较强的适应性，需对这一城市不同季节进行详尽地背景调查取样和统计分析，并对地貌上各色背景进行分析。随着遥感卫星传感器技术的发展，获得卫星、航空及无人机平台的高分辨率影像数据已不再是难题。

利用一部分卫星遥感影像进行城市背景机器训练，借助像素数据和已有算法中获取背景特征，给出相关特征和数据的可视形态表示，完成城市背景建模，利用一部分卫星遥感影像进行识别验证，目的是得到置信度较高的典型城市背景。

2.2车辆涂装图案设计

陆军装备车辆涂装图案设计是一项繁琐且专业性较强的设计工作，借助计算机技术进行迷彩图案设计，应具有通用的辅助图形设计功能，具有空间混色规律和斑点图案优化设计的专家系统，还应建立各种背景的颜色资料库，输入各种目标的外形尺寸（五面展开图）数据库。

涂装图案设计包括背景特征提取和涂装图案生成。背景特征提取又包括背景主色提取和背景纹理特征提取。背景主色提取可基于HSV模型和量化直方图[5]、基于Lab颜色空间和K-means聚类[6]的迷彩颜色选取算法等。按照涂装作业程序调制涂料，最后将涂料喷涂在车辆上，因此背景主色选择应符合《GJB 798-1990伪装涂料漆膜颜色》标准。

纹理是所有物体表面特有的一种特征，按照规律对元素进行排列，从而形成的一种重复的模式。利用算法提取城市背景的图像纹理特征，在保留城市背景原有纹理结构的情况下，车辆伪装图案要尽可能地与周围背景融为一体，使车辆的边界要尽可能模糊，因此需要将背景图像纹理特征与背景主色结合来设计涂装图案。

保证观测者处于不同的距离上观察涂装图案都有变形的效果，需进行跨层优化融合。涂装图案设计应运用混色規律，小斑点群经过空间混色后能形成较大的斑点，而较大的斑点在更远的距离上又能混色成更大的斑点，以此保证活动目标远近都有伪装效果。经混色后形成的大斑点还应符合变形图案的要求，如使车辆的角部变暗、斑点超出车辆边沿、阴影部分涂上亮的斑点、大平面部分要有色彩反差大的斑点等。

2.3三维可视化仿真模型与样例验证试验

涂装方案的设定直接影响伪装效果评价指标的选择，不同涂装图案采用的评价指标不同，伪装评价方法如图3所示。将生成的涂装图案实施至背景图像的目标区域，获得待测伪装图像。根据建立涂装图案、陆军典型装备车辆、颜色资料及典型城市背景数据库，确定伪装效果评价指标、权重分配及伪装效果评价等级、评价结果等内容。根据光学单元、无人机及卫星等不同分辨率下的伪装图像，设计评价指标体系获得指标特征向量，利用熵权法确定指标权重，计算加权相似度作为评价结果，调整指标权重使评价结果被控制在0～1[7]，目的是针对输入的城市背景图片快速选择显著降低目标在背景中的暴露程度的涂装图案。

3结束语

城市作战环境下的陆军装备车辆涂装是陆军装备涂装研究不充分的一部分。针对目前陆军装备车辆涂装在城市作战的战场环境下伪装效果不理想、多形式侦查手段下车辆目标伪装难、跨层级车辆涂装方案融合难等问题，研究基于陆军装备车辆模型的伪装图案设计方法，开展不同观察手段、不同视角、不同分辨率下陆军装备车辆视图建模、典型城市背景建模、车辆涂装图案设计。研究光学单元、无人机图像、卫星遥感影像多层级分辨率下采集的陆军典型装备车辆目标建模、典型城市背景模型、车辆涂装图案生成及优化方法、伪装效果评价方法、伪装效果的三维可视化仿真模型等内容，探索形成新的陆军装备车辆的涂装图案，为城市作战环境下陆军装备车辆降低目标显著性、提高伪装效果建立参考。

参考文献

[1]颜云辉，王展，董德威.军事伪装技术的发展现状与趋势[J].中国机械工程，2012，23（17）：2136-2141.

[2]吴峥，葛强林，方绪怀.军用运输车辆变形迷彩伪装存在问题及对策研究[J].国防交通工程与技术，2004（1）：19-22.

[3]王涛，都基焱，黄克明.陆军多无人机作战运用问题研究[J].火力与指挥控制，2015，40（8）：173-175.

[4]蔡云骧，石磊，田振锡.一种基于装备三维模型的数码迷彩图案设计方法[J].兵工学报，2019，40（11）：2296-2303.

[5]秦建飞，胡江华，杨高峰.仿造迷彩颜色确定的一种新方法[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2011，12（1）：75-78.

[6]喻钧，杨武侠，胡志毅，等.数码迷彩的生成算法研究[J].光电工程，2010，37（11）：110-114.

[7]李中华，喻钧，胡志毅，等.一种迷彩伪装效果评价指标权重分配算法[J].火力与指挥控制，2019，44（10）：49-54.