未来数字化坦克利用电视成像技术的构想.doc

1、1未来数字化坦克利用电视成像技术的构想摘要： 从古自今，将最先进的科学技术运用在武器装备上，是最能体现不同时代科学技术发展水平的重要标志。随着电视成像器材的不断发展，我们的世界已踏入“高清时代” ，因此我相信未来数字化坦克利用电视成像器材来提高作战能力，将会成为新的趋势。本文从电视成像技术的画面采集、图像输出与画面存储三个方面，分析电视成像技术在未来数字化坦克上的运用构想。对于实战中提高坦克观察视场范围、增强搜索观察能力、提高瞄准射击精度和随时记录战场画面等方面具有一定的参考意义，对未来数字化坦克的发展能起到一定的启迪作用。 Abstract： Since ancient times， app

2、lying the most advanced science and technology on weapons and equipments is a important sign of different development level of science and technology of different ages. With the development of TV imaging equipment， HD era have arrived. So I believe that future tank applying television imaging techno

3、logy will become a new trend. From video images， image output and storage three aspects， the conception of future digitalized tank applying television imaging technology is analysed. It has reference significance for improving tanks ability to observe， search， firing accuracy and recording battlefie

4、ld images at any time， and 2also has inspiration function of development of future digitalized tank. 关键词： 数字化坦克；电视成像技术；硬盘录像技术 Key words： digitalized tank；television imaging technology；technology of digital video record 中图分类号：TN9440 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0176-03 0 引言 2008 年，英国国防部利用电视成像技术改进坦克

5、隐身功能的试验，可以说是为未来数字化坦克发展开启了一个新的思路。与此同时，随着电视成像技术的不断发展，高清摄像机、高清液晶屏与高清视频传输线缆的相继出现，让电视成像技术进入了“4K 时代” 。但是，纵观我国目前的主战坦克，还并没有将电视成像技术的优势运用到坦克身上。可以说，这一领域的研究，在我国还处于“空白”阶段。本文设计了一个新的构想：通过电视成像技术改进坦克瞄准镜并利用触控技术改变射手操作方式，以此加强坦克战场观察能力、提高瞄准精度、简化操作步骤与缩短操作时间，从而提高我军主战坦克先敌开火、首发命中的战斗能力。 1 利用电视摄像技术采集瞄准镜画面 1.1 电视摄像技术采集瞄准镜画面的设计构

6、想 电视摄像，指利用摄像镜头与摄像机将采集到的光信号转换为电子信号的成像活动。只有通过光电转换这一过程，才可以实现图像传输与图像存储。但是目前坦克炮塔上安装的瞄准镜相当于人们平时所用的望3远镜，即人眼贴近取景器后，直接采集光信号。因此，需要利用摄像镜头与摄像机对瞄准镜进行改进，使其具备光电转换功能。瞄准镜与摄像镜头虽然都属于光学仪器，但是两者所用光学技术各不相同，瞄准镜所具备的技术优势是摄像镜头所不能替代的。但是如果将摄像镜头衔接于瞄准镜，再通过视频线缆将摄像镜头与摄像机相连，摄像机便可以采集瞄准镜画面，从而实现光电转换过程。其原理是：瞄准镜采集光信号，摄像镜头采集瞄准镜画面内的光信号并通过视

7、频线缆传输至摄像机，摄像机将光信号转换为电子信号。在实际运用中，由于摄像机技术性能的优劣与电子信号的编解码方式不同，画质被分为标清与高清。为了不影响坦克作战能力，摄像机必须具备高清编解码能力。 1.1.1 高速智能化球形摄像机的运用 摄像机，一般由镜头和机身组成。目前像素较高、成像较好的摄像机，镜头比较长、机身体型较大，并不适合安装在炮塔上的瞄准镜后方。通过分析研究，笔者认为在坦克上安装的摄像机必须是镜头与机身结合于一体，并具备自动聚焦、自动光圈、自动云台等功能的一体化自动摄像机。其中，高速智能化球形摄像机（以下简称）是最好的选择。高速球是一种集成了摄像机系统、云台系统和通讯系统，常用于高速公

8、路、城市道路的监控系统上。高速球最基本的特点便是运行速度快、运行平稳、定位精确，因此这种体积小巧、造价便宜、固定牢靠、像素较高、功能强大的一体化智能化摄像机，最适合运用在数字化坦克上。 1.1.2 摄像机光圈自动调节功能的作用 实践证明，坦克在光线较暗的黄昏、清晨环境下作战，虽然还并不4需要启动热成像夜视仪或微光夜视仪，但是昏暗的瞄准画面无疑会对作战行动造成非常不利的影响。如果将瞄准镜画面的光信号转换为电子信号后，那么摄像机处理图像的技术优势就可以发挥出来，例如光圈自动调节功能。光圈，是现代摄像技术中的重要参数，其功能就如同我们人眼的虹膜，主要是用来调整数码摄像机的进光量，也就是画面的亮度。如

9、果画面亮度偏暗，摄像机便会自动调整光圈至合适的数值，以增加画面的亮度。当然，光圈的数值也有极限，不可能无限增加画面亮度。但是对于坦克在昏暗环境下的作战行动，光圈调节功能可以有效改善瞄准镜采集的画面亮度，帮助炮手快速发现并准确锁定目标，以此提高炮手在傍晚、清晨作战时的观察能力和瞄准精度。 1.2 瞄准镜镜片与摄像镜镜片组合运用的意义 瞄准镜与摄像镜头均是由光学镜片组成的光学仪器，两者衔接后，其工作原理实际上是两者镜片的组合运用。在实际运用中，直接采集战场画面的瞄准镜是关键，摄像镜头只是负责采集瞄准镜内的画面。如果用摄像镜头的广角技术与长焦技术改进瞄准镜镜片，那么瞄准镜的观察效果就会得到巨大的改进

10、。 1.2.1 利用广角镜头技术增加战场观察范围 广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头的摄像镜头。在摄像活动中，常用于拍摄较大场景的画面。其基本特点是：镜头视角大、视野开阔，可以涵盖大范围景物；景深长，画面清晰范围较大，能突出远近对比。如果利用广角镜头技术改进瞄准镜，那么瞄准镜就会获得更为宽广的视野范围，从而提高坦克观察战场、5搜索目标的能力。另外，广角镜头还可以安装在炮塔周围的观察镜上，有效改善各乘员的视场范围。 1.2.2 利用长焦镜头技术的背景虚化功能突出目标主体 长焦镜头全名叫长焦距镜头，指比标准镜头焦距长的摄像镜头，适合于拍摄远处的对象。由于它的景深范围

11、比标准镜头小，因此可以更有效地虚化背景突出对焦主体。试想当较远距离上的目标较好地隐藏在周围环境中时，便可以使用运用了长焦镜头技术的瞄准镜的背景虚化功能，突出目标主体，提高瞄准精准度。但是由于景深范围较小，长焦镜头的缺点也比较明显，那就是视场范围比较小。在实际运用中，不能同时将长焦镜头技术与广角镜头技术运用在瞄准镜上，否则会造成画面的严重变形。为了同时发挥两种镜头技术的优势，可以将两种镜片同时安装在瞄准镜中，但并不同时使用两种镜头，而是将两者摄于切换状态，需要使用时射手自行切换其中一种镜片。 2 利用电视成像技术输出瞄准镜图像 2.1 摄像机采集瞄准画面后的成像设计构想 由于坦克目前的瞄准镜是人

12、眼直接采集光信号的工作方式，因此射手前方的观瞄装置并不需要安装任何显示器来输出瞄准镜图像。但是，摄像机采集画面后的图像是电子信号，这就需要将观瞄装置改换为显示器，才能将采集后瞄准镜图像输出出来。其原理并不复杂：高速球采集瞄准镜画面后，通过视频传输线缆传输图像，并与射手自动操纵台上方的显示器连接。这就类似于坦克模拟器中的网上红蓝对抗，射手直接看着电脑显示器上的画面来进行瞄准射击的操作。 62.1.1 利用高清视频线缆实时传递画面 视频线缆顾名思义是传输视频信号的线缆，同样被分为标清线与高清线。由于使用的是高清摄像机，因此食品线缆必须是高清视频线缆。同时，坦克在运动过程中非常的颠簸，因此必须使用固

13、定牢靠的视频线缆。高清视频线缆其实由线缆与接头两部分组成，要同时兼具高清传输能力与固定牢靠两个优点，在目前的高清线缆中，同轴电缆与 BNC 接头无疑是最好的选择。同轴电缆是指由两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆，其优点是支持传输能力强、耐磨且不易受损。BNC接头则是用于同轴电缆与设备间的连接头，全称是卡口配合型连接器。其最大的优点，就是在接头上有一圈弯曲的卡扣，连接后顺时针旋转180便可以牢固的固定在设备上。 2.1.2 利用液晶屏幕输出高清瞄准画面 众所周知，坦克车体内空间是比较狭窄的。因此在将观瞄装置改换为显示器后，显示器必须满足三个基本要求：能输出高清图像；体积相对较小；能

14、够实现触控。从目前的技术水平来看，液晶屏幕是最好的选择。在液晶屏幕将瞄准镜图像输出的同时，还可以将火控计算机与液晶屏幕相连，将火控计算机显示的参数输入屏幕中，使射手操作火炮的行动更为方便快捷。为了直观反映出液晶屏幕替代传统观瞄装置的优势，笔者做了相应的设计图，如图 1 所示。 2.2 液晶屏幕数字变焦功能的作用 随着科技的发展，液晶屏幕的功能已被不断的扩展。在这其中，数字变焦功能便能够增强坦克远距离观察目标能力。实践证明，坦克瞄准7镜的观察能力并不是无限的。假如瞄准镜的观察极限是 3000m，那么4000m 距离上的目标在画面上显示出来就会很小，虽然能够看到但很难进行精准的观察和瞄准。此时，数

15、字变焦技术的强大功能便可以发挥出来。数字变焦功能，实际上是画面的电子放大，通过对画面像素使用“插值”处理手段进行放大，虽然会使清晰度有一定程度的下降，但是能够使距离较远、画面上显示较小的目标以更大的影像进行呈现。目前，数字变焦一般在 2、4、8、10 倍左右。假设炮手用坦克瞄准镜观察 2500m 距离上的坦克，该坦克在画面中只有一枚一角钱硬币大小。但是经过 2 倍数字变焦后，该坦克在画面便呈现出一枚一元钱硬币的大小。但是随着数字变焦倍数的提高，画面清晰度下降会越来越严重，因此数字变焦功能实际上是牺牲画质强行放大画面，所以应当尽量不在较大倍率状态下使用。为了更直观地展现数字变焦技术的优点，笔者做

16、了两张图片来进行对比，如图 2、图 3。 3 利用硬盘录像技术存储战斗画面 3.1 便携式硬盘录像机的运用 硬盘录像机，即数字视频录像机，相对于传统的模拟视频录像机，采用硬盘录像，故称为硬盘录像机。其主要功能包括：监视功能、录像功能、回放功能等。其优点是体积小巧、造价便宜、容量较大、导入导出方便。笔者认为，硬盘录像机的图像存储功能是数字化坦克利用电视成像技术的核心。如果将便携式硬盘录像机集成在火控计算机或液晶屏内，高速球便可以通过视频线缆将图像实时存储在硬盘录像机内，从而记录整个战斗过程，就好比飞机上的黑匣子，对于作战分析有着无可替8代的作用。 3.2 战场画面实时存储功能对作战分析的重要意义

17、 笔者认为通过硬盘录像机存储的战斗图像，对于作战分析有着重要的意义。其一，在战斗结束后，坦克单车乘员可以通过硬盘录像机的回放功能，在液晶屏幕上观看之前的战斗过程，从而对之前作战中的敌我战术运用、射击操作中存在的差错等问题进行直观的分析，连长还可以通过这些画面总结自己的指挥是否存在失误。通过这样直观的分析与总结，便可以不断提高坦克单车的战斗力。其二，指挥部可以将硬盘录像机的导出并在指挥部内播放整个战斗过程，这样便可以对敌军的兵力兵器配置、战法战术运用、工事构筑方式、武器装备技术性能等进行全面的分析研究，然后有针对性的调整作战部署、改变战斗决心、组织战斗协同等，这对于提高部队整体战斗力有着非常重要

18、的意义。最后，我们可以预想，当未来数字化坦克具备了强大的通信能力后，我们甚至可以将硬盘录像机内的画面实时传递至指挥部，使指挥部通过战斗画面实时获取整个战斗的进程，方便指挥部更为迅速的调整战斗部署和作战方针。3.3 硬盘录像机内存储介质的安全保密措施 硬盘录像机的作用无疑是巨大的，但硬盘录像机也如同一把“双刃剑” 。我们可以通过回放和导出存储的画面来分析敌军，敌军同样可以在俘获我军坦克后导出战斗画面来分析我军。因此，硬盘录像机内存储介质的安全保密尤为重要。笔者认为，有三种办法可以有效地解决这个问题：第一是为硬盘录像机加装保密机；第二是为硬盘录像机内的存储介9质加装特制软件，没有软件便无法进行导入

19、导出等操作；第三便是在硬盘录像机上安装一键销毁功能，使敌人获取硬盘录像机完全无法恢复和使用。 4 结论 通过研究，本文认为这个构想实现的基础是利用电视成像技术采集并将瞄准画面传输至触摸屏上，并通过硬盘录像机存储战场画面。从目前的技术水平与发展趋势来看，这个构想是完全可以实现的。 未来数字化坦克利用这种电视成像技术可以实现战场监视自动化、搜索瞄准目标触控化、打击目标精确化，这样机械化与信息化高度融合，不仅提高了坦克在射击操作时方便性，更大大提高坦克的战场生存能力。参考文献： 1向卫东，李湘勇.电视摄像技术M.西南师范大学出版社，2008. 2苗常青，汪渤，付梦印，徐学强.电视图像目标实时分割与识别算法J.北京理工大学学报，2005（09）. 3丁艳，赵一帆.运动目标的检测技术研究J.光学技术，2002（04）. 4李波.基于 DSP 的视频图像目标识别与处理系统的设计D.长春理工大学，2007.