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飞机掩蔽库可见光特征控制技术的研究

发布时间:2019-08-06 02:34 来源:未知 编辑:admin

  (1.空军工程大学工程学院五系,陕西西安710038;2.空军工程设计研究局,北京100068)摘要:通过建立飞机掩蔽库的3D光照模型,研究了阴影分布情况,提出阴影减缩技术,并设计出低可见特征外形轮廓; 通过对卫星可见光侦察照片和判读流程的研究,提出应用垂直数码仿造迷彩方案;对掩蔽库综合应用阴影减缩和数码迷彩仿 造技术实施伪装,经3D光照模拟显示,可见光暴露特征减缩效果明显。 关键词:飞机掩蔽库;光学伪装;阴影减缩;数码仿造迷彩 ’1引言 在探测技术和精确制导武器的不断发展和广泛应用下,对军事目标实施多光谱伪装的问题更加突出。 少数发达国家对隐形工事的研究起步较早,已有相应的隐身材料及外形方案提出,并进入应用阶段。我国 在此方面相对滞后,有待进一步研究和发展。本文研究军用机场重要设施一飞机掩蔽库(以下简称机库) 防可见光侦察伪装技术,综合应用阴影减缩技术与数码迷彩技术,探索对机库实施光学伪装的新途径。 2机库可见光暴露特征 (1>暴露特征 1)库体等颜色与周围环境极不一致。库体、库前场坪和拖机道为混凝土材料,呈深灰色或灰白色, 背景为大面积的绿色植被和土壤,以及拖机道在机库口部形成断头路,通过显著的色差和相对配置关系, 很容易确认机库及其位置。 2)库体规则的外形在光照下阴影和亮度明显。机库是平地上的拱形建筑,尺寸较大,在光照下与背 景有明显的阴影和亮度差异,明显暴露实际外形及尺寸。 一(2)特征减缩措施 1)改变机库规则外形,以缩减阴影和降低由光照引起的明暗对比。 2)改变机库的颜色。采用与背景色彩相近的迷彩或植被伪装,实现与背景的视觉融合。 3)掩盖拖机道走向。采用迷彩伪装覆盖浅色的混凝土道面,使之与背景颜色融合,消除断头路特征。 3机库阴影减缩技术 阴影的产生主要来自于建筑物在垂直高度上的突兀,而明暗对比现象的产生则来自于建筑外形在光照 角度上的不同。因此,机库可见光特征减缩技术主要包括阴影以及库体表面的明暗对比控制,可以通过改 变机库的突兀外形实现。 3.1阴影的计算 阴影是判读目标的重要依据之一。阴影的长度取决于目标的高度、太阳高度角(太阳投射光线与地面 的夹角)的大小和阴影所投落表面的起伏状态。 太阳高度角的大小直接影响着阴影的形状和长短,随着时间和照相地区的纬度等条件的不同而变化, 一年内的变化规律为: haarcsin(sin6 sin+COS6COSCOS) mil:chinabjlikeOshou.COin)孟祥龙(1982),男.辽宁人.助理工程师。硕‘fj研究,£.研究疗向舫护T程 "IlI.461 式中:曲一当地的地理纬度:6一太刚办纬角:u一太剐时角.正午12时为0度.上午为负,F午 为正。具体数值为15。脯乘蛆执正午12时搏起的小时数。 太阳赤纬角6的计算公式为: 365.25式中:d一从春分起到计算目的天数。 太阳高度角h一目内从矿到接近800变化,正午 时物体阴影较小,日出和日落时段阴影明显。 俄据圈1中所示备面角度之间的几何_戈系. 可咀推导出阴膨长霞计算公式: ‘一z,[sin(90’+y—r:)sin一COSptanh]/tanh n=arcsin(cosdsin/cosh) 32实施步骤321全年光照阴影变化模拟 假吐冀旭矶库,通过二难制图软件建立缔比模型.将其置于模拟当地太阳光的照射r.研宄其阴影在 一年之间4勺耍化规肇j’二譬时间点的阴影分布圈如图2所示。 幽2改造前阴影娈化示意盥由斟2可彝I:在该地点, 年内冬幸阴影效累垃儿明显,夏季阴影相对教小:一天出在B出之后和日 落之前的两小时内阴影较大.其它时段阴影较小。 322外形改造方案 根据阴影变化规律,确定阴影遮蔽的时间和遮赦外形需要掩盖的区域。选定遮蔽时间段为;冬季9: 00一16:00,夏季7:00.】8:00。遮蔽外形的区域由阴影在水平面的包线确定, 在横断面方向上.麻考虑平面与太阳光的夹角,囡为相邻两个平面角度不同.光煦明暗也会不同。本 倒中经过比较和优化,选用相邻劁平面夹角变化昂大为15度.运川3DMAX和AUTOCAD软什进行建模, 堆终确定外形包线所示。 利片j前面所得到的包线所示的造型,置r当地全年光照F进行阴影消除效果 检验,阴影变化如幽4所示。 323有效性分析 JIJ.462 研究发现.经过外彤改进后的机库在目{l:之后和甘落之前虽有阴影,但山现时间相对较短,阴影外形u月显改善。在哪自方面过渡柔和.相比于馥遗前叫辨别程度有了明显的降低,总£.外形改造可减缩删影 并不能完全消除,尤其在清晨和黄昏时段。 图0外埠包线改造后的阴影变化示意图41机库迷彩斑点的特殊性 机库是大尺寸的固定目标,不直将酱通装备的进彩圈案进行简单放j:游饰应使用小比例斑点涂施。 而且要考虑与周丽景物在垂直和水平方向上的颤色分布规律相融台。在垂直方向上,每个地域有不同的植 被特点,而相同地域在不同区域内的植被分布和地面状况也不尽相同,例如树林内部和树林边界等。因此 应区别设计。 42数码迷彩 电子屏幕上的图像并不是自然界物体的线:同颜色的绿襄块”蛆台起来,利删人雌 的可欺蝙性,在人脑中构成虚拟的景像。所谓数码迷彩仿造技术,即应用计算机数字图像技术,将不同颜 邑的色块将目标外表面划分成不同的像素点,由此构成自然界背景的实际图像,以实现在敌方的屏幕上产 生完全不同的敛果,达到涅导削读人员的目的。 栗刚边长为0 3m的正方形颜色点模拟屏幕的像累点.在不同的分辨率下的效果如图5所示, O25m分辨牢 0,m分辨率 1n分辨军 斟5模拟卫星国H 可耻看出,在O 25m分辨率下机库的外形蹲约可见,但与打开的机库和阴影的显著程度相比有所降 低.另外斑点的殴置车色彩的搭配清晰可见;在05m分辨率F机库的轮廓己变得模糊不清.迷彩斑点也 己开始连成一片;在lm分辨率下效果更为明显,库体轮廓几乎无法辨认。当机库门闭台时.口部的暴露 特J征将基车消失;由此可见,数码琏彩伪装效果非常明显。 43库区应用模拟 431建立3D库区模型 通过3D建镬褂到未经过伪装的机库区图片,如圉6a所示,库F的自然形态较为复加,有乡间,』、路、 谍露地衰、草地、树丛和山地。 111—463432斑点形状及颜色的确定 通过对卫犀削像上植被及士壤的成像特点p1分析.运用软件址理卫星图片.在需要伪装的部位设计迷 彩图案咀模拟自然地貌:将线形的拖机道设计成乡间小路,将宽阔的场坪设计成灌术丛和草地,对每个机 库进行具体的迷彩斑点设计。 将伪装部位用五色数字斑点迷彩代替。首先&原圈上提取该区域主要的色彩分布。选择对该地区比较 有代表性的RGB颜色:(6s,86.86)浅绿、(18,33,30)深绿、(74t 73,68)土色和(220,228,239) 道路颜色作为主要的色彩构成。另外根据色差域值8嚏论.为使所模拟乡村道路更晁视觉线)作为道路与土壤的过渡乜,构成五色迷彩。 433数码迷彩涂饰 将经计算机处理过的图像放大至每个象袭点为边陆0 3m的正方形,按照各色彩点确切位置对各伪装 部位实施五色数码琏彩喷涂。在lm分辨率下,整个区域呈图6b所示的模拟地貌。 44伪装效果评价 图6b可知,在lm分辨率下五色数码迷彩阁像视觉效果与自然界融台良好.尤其对场坪和拖机道的伪 装,效果更佳。但仍来完全掩盖机库的阴影特征。 5外形臧缩与数码迷彩仿造技术综合应用 将外形阴影减缩技术和数码进彩仿造技术综台应用于机库韵伪装,模拟图像如图6c所示。由图像可 见.该区域表现为一块自然景观,军事特征几乎先垒消失。 6结论 a末伪装 b数码谜彩伪装 c外形变形+数码进彩 图6伪装教果顶视阿对比 应用数码迷彩仿造技术可使机库及库区的景观和颜色与背景较好融合,但不能消除阴影特征。应用阴 影减缩技术可使机库的建筑胡影得到有效控制,日出和日落两个时段虽杏明显阴影,但出现时间缩短,强 度有所减弱。综合应用数码迷彩仿造技术和阴影减缩技术,可使机库的光学暴嚣特征在卫星照片上基本消 失,人幅度降低可见光侦察的发现概率。 参考文献 【1]程承搬。马廷高分辨牢卫星影像上地物线性特征的自动识别【j]理巷学报,23 7u):26 [2]王博.I自荣,孙晓泉进彩埭屠斑块颜色研究[J]光电对抗与光潭干扰.2002

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