CN113340154A

CN113340154A - 一种红外隐身控制系统

Info

Publication number: CN113340154A
Application number: CN202110559049.0A
Authority: CN
Inventors: 贾春阳; 黎勇志; 翁小龙
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2041-05-21
Also published as: CN113340154B

Abstract

一种红外隐身控制系统，属于红外隐身技术领域。所述红外隐身控制系统包括红外光电搜索器、数据处理平台、电致变色驱动控制平台和阵列式电致变色器件；红外光电搜索器用于采集环境红外图像信息，数据处理平台用于对采集的环境红外图像信息进行目标检测、目标分割、温度补偿、温度信息提取后，传输至电致变色驱动控制平台，驱动对应位置的电致变色单元，调整其发射率。本发明将接近真实环境的红外图像信息进行分块处理，并将每个图像块的位置信息和温度信息对应起来，并与电致变色单元的布置位置对应，使红外隐身系统能同时对各电致变色单元进行独立调控，有效提高了控制精确性和控制效率，缩短了阵列式电致变色器件对环境红外特征的响应时间。

Description

一种红外隐身控制系统

技术领域

本发明属于红外隐身技术领域，具体涉及一种红外隐身控制系统。

背景技术

隐身技术是指减小目标的各种可探测特征，使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低的综合技术，主要包括可见光隐身、红外隐身、激光隐身和声波隐身技术等。随着红外探测技术的发展，目标面临随时被发现的危险。为了提高目标的生存能力，降低目标被敌方红外侦察系统发现的概率，各国越来越重视红外隐身技术的研究。对目标进行红外隐身的技术途径主要包括：降低目标的热辐射，改变目标表面的热辐射分布，降低目标与背景的热辐射差异，采用特殊材料使目标辐射波段在红外探测器响应波段外。上述方式均是被动抑制目标红外辐射特性，已经越来越不能适应现代需求，主动调控红外隐身技术是必然的发展趋势。

公开号为CN103425080A的中国专利公布了一种主动成像式红外隐身系统，通过热像仪采集背景红外图像，经过图像采集处理系统后，控制红外LED显示系统对背景进行显示。由于处理环境红外图像时只针对了无其他物体(车辆或人)干扰环境红外温度的情况，并不适用于实际应用场景，因为真实场景中往往存在其他物体(车辆或人)会对真实环境的红外特征产生干扰，所以必须先剔除干扰物体(车辆或人)；红外隐身技术主要针对3～5μm、8～14μm两个波段，而红外LED发射波长范围为350nm～1100nm，远达不到波段要求；大量的红外LED组成显示系统，长时间下电路产生的热量使红外特征变得更明显，从而暴露目标。

公开号为CN110567321A的中国发明专利公布了一种动态红外隐身装置及方法，通过探测环境发射的红外辐射能量和测量执行器的温度，传输给控制系统对二者进行比较后，调整执行器发出的红外辐射能量，实现隐身。由于探测器所探测到的环境红外图像信息各部分肯定是不一样的，如果不对探测到的环境红外图像进行分块处理，将无法在执行器上对环境红外图像信息进行完整还原；对环境红外图像分块后，若图像块的位置与执行器不精确对应，将无法同时对执行器进行分离调控，也无法在执行器上完整还原出环境红外图像信息。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出了一种红外隐身控制系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种红外隐身控制系统，其特征在于，包括红外光电搜索器、数据处理平台、电致变色驱动控制平台和阵列式电致变色器件；

其中，所述红外光电搜索器安装于伪装目标体的顶部，具有伺服系统驱动方位转台及俯仰执行机构，能以特定的角度搜索环境红外图像信息，用于采集环境红外图像信息，并将采集的环境红外图像信息传输至数据处理平台；

所述数据处理平台基于Linux操作系统搭建，包括图像采集模块、目标检测模块、目标分割模块、环境红外温度补偿模块、红外温度信息提取模块和数据传输模块；图像采集模块驱动红外光电搜索器采集环境红外图像信息，采集得到的环境红外图像信息反馈至图像采集模块后，经目标检测模块，检测出环境红外图像中的目标(车辆或人)，并标记，得到第一红外图像；然后经目标分割模块，根据第一红外图像中标记的区域将目标(车辆或人)分割出去，得到第二红外图像；第二红外图像经环境红外温度补偿模块，对第二红外图像分割出去的区域进行温度补偿，得到第三红外图像，即接近真实环境的红外图像信息；第三红外图像输入红外温度信息提取模块，红外温度信息提取模块将第三红外图像进行分块，得到尺寸相同的m×p个图像块，并将每个图像块的温度信息和位置信息传输至数据传输模块，其中，图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度；数据传输模块将接收到的温度信息和位置信息进行数据打包后，传输至电致变色驱动控制平台；

所述电致变色驱动控制平台包括电源模块和控制数据处理模块；电源模块用于向阵列式电致变色器件提供不同的工作电压，控制数据处理模块接收到数据传输模块的数据后，进行解包处理、提取其中的温度信息和位置信息，并将温度信息传输至相应位置的电致变色单元中，选择对应的工作电压，驱动电致变色单元发射率的变化；

所述阵列式电致变色器件包括m×p个阵列排列的电致变色单元，其中，第三红外图像中，图像块的位置与m×p个电致变色单元的排布位置一一对应。

其中，m和p均为正整数。

其中，所述电致变色驱动控制平台与数据处理平台之间通过无线通信的方式进行数据传输。

其中，环境红外温度补偿模块的处理过程具体为：首先，将第二红外图像进行m×p矩阵分割，以第二红外图像左下角为原点建立笛卡尔坐标系；然后，根据建立的笛卡尔坐标系，利用边缘检测技术得到被分割出去的目标(车辆或人)区域的分割边缘的坐标；根据坐标范围对分割出去的目标区域进行分块，得到多个图像块，每个图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度，利用冒泡排序算法计算分割边缘的最低温度值，并将该最低温度值补偿给分割出去的目标区域。

其中，所述红外温度提取模块对第三红外图像分块后，得到尺寸相同的m×p个图像块，每个图像块具有位置信息和温度信息，根据位置信息，对每个图像块进行编码，并与其温度信息一一对应。

其中，所述阵列式电致变色器件设置于伪装目标体的表面，用于响应环境的红外特征，阵列式的电致变色单元可以精确地显示不同位置的红外特征，保证了伪装目标与环境红外特征的一致性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种红外隐身控制系统，对采集到的环境红外图像进行图像处理，剔除了减弱红外隐身效果的干扰信息，使红外隐身系统能够准确地根据真实的环境红外图像信息调控阵列式电致变色器件的发射率，并通过阵列式电致变色器件映射真实环境的红外特征，达到红外隐身的效果。

2、本发明提供的一种红外隐身控制系统，通过将得到的接近真实环境的红外图像信息进行分块处理，并将每个图像块的位置信息和温度信息对应起来，并与电致变色单元的布置位置对应，使红外隐身系统能同时对各电致变色单元进行独立调控，有效提高了控制精确性和控制效率，缩短了阵列式电致变色器件对环境红外特征的响应时间。

附图说明

图1为本发明提供的一种红外隐身控制系统的框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。

实施例

实施例提供的一种红外隐身控制系统，包括红外光电搜索器、数据处理平台、电致变色驱动控制平台和阵列式电致变色器件；

本实施例的伪装目标体为导弹发射车，红外光电搜索器安装于车辆顶部，调整红外光电搜索器的俯仰执行机构，使之能采集到距离车辆5～10米范围内的环境红外图像信息；阵列式电致变色器件覆盖于导弹发射车整个车体上或只覆盖在发射率高的部分，本实施例中是将阵列式电致变色器件布置于车头和车体两侧；

在距导弹发射车8米处有一辆用于战场支援和保障的工程车，由于机动行驶过程产生热量使其具有较为显著的红外特征，此时红外光电搜索器采集的环境红外图像信息相比真实的环境图像，其红外特征更加显著，故需要将采集的环境红外图像信息进行图像处理，图像处理的过程是在数据处理平台中完成；

所述数据处理平台基于Linux操作系统搭建，包括图像采集模块、目标检测模块、目标分割模块、环境红外温度补偿模块、红外温度信息提取模块和数据传输模块；目标检测模块采用YOLO v3算法对环境红外图像信息进行目标(车辆)检测并标记；目标分割模块根据第一红外图像中标记的区域将目标(车辆或人)分割出去，得到第二红外图像，具体过程为：首先，采用均值滤波算法对第一红外图像进行去噪处理，即先将图像转为二维矩阵，采用线性方法使邻近像素的灰度值平均整个窗口范围的像素值，进而使噪声密集处灰度的突变平均到周围所有像素点，达到图像平滑的效果；然后，将去噪后的第一红外图像中标记的目标区域设置为“背景区域”，目标区域外为“前景区域”，这样可以简化图像预处理流程并且提高分割质量，实现Lazy Snapping算法的非交互式分割，从而完成实时自动分割任务；最后，采用Lazy Snapping算法将“前景区域”与“背景区域”之间的通路“打断”，得到前景区域的大致轮廓，完成将车辆目标区域从第一红外图像中分割的过程。其中，环境红外温度补偿模块的处理过程具体为：首先，将第二红外图像进行m×p矩阵分割，以第二红外图像左下角为原点建立笛卡尔坐标系；然后，根据建立的笛卡尔坐标系，利用边缘检测技术得到被分割出去的目标(车辆或人)区域的分割边缘的坐标；根据坐标范围对分割出去的目标区域进行分块，得到多个图像块，每个图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度，利用冒泡排序算法计算分割边缘的最低温度值，并将该最低温度值补偿给分割出去的目标区域。其中，红外温度信息提取模块将第三红外图像进行分块，得到尺寸相同的m×p个图像块，每个图像块具有位置信息和温度信息，根据位置信息，对每个图像块进行编码，并与其温度信息一一对应；然后，将每个图像块的温度信息和位置信息传输至数据传输模块，其中，图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度。数据传输模块将接收到的温度信息和位置信息进行数据打包后，传输至电致变色驱动控制平台。

所述电致变色驱动控制平台包括电源模块和控制数据处理模块，电致变色驱动控制平台由FPGA为主控芯片搭建而成，由于需要对m×p个位置和温度信息进行处理，并对m×p个电致变色单元进行控制，同时又需要一定的实时性，数据处理量巨大，因此，采用硬件并行的处理方式，可极大地提高处理速度；控制数据处理模块与数据传输模块之间通过Zigbee无线模块传输数据，用于接收数据处理平台传输的红外数据。其工作过程为：

(1)控制数据处理模块对接收到的红外数据按照预置的通信协议进行数据解包处理、提取其中的温度信息和位置信息；

(2)将温度信息传输至相应位置的电致变色单元中，选择对应的工作电压，驱动电致变色单元发射率的变化。其中，不同的工作电压由电源模块提供，电源模块的输出电压与每个电致变色单元的数据选择器(每个电致变色单元均设置数据选择器)的不同输入通道连接，以实现对电致变色单元的驱动，每个数据选择器具有与图像块相对应的、唯一确定的位置信息，因此可以实现通过图像块的位置信息和温度信息控制不同的数据选择器通道的切换、达到调控各电致变色单元发射率的目的。

Claims

1.一种红外隐身控制系统，其特征在于，包括红外光电搜索器、数据处理平台、电致变色驱动控制平台和阵列式电致变色器件；

其中，所述红外光电搜索器用于采集环境红外图像信息，并将采集的环境红外图像信息传输至数据处理平台；

所述数据处理平台包括图像采集模块、目标检测模块、目标分割模块、环境红外温度补偿模块、红外温度信息提取模块和数据传输模块；图像采集模块驱动红外光电搜索器采集环境红外图像信息，采集得到的环境红外图像信息反馈至图像采集模块后，经目标检测模块，检测出环境红外图像中的目标，并标记，得到第一红外图像；然后经目标分割模块，根据第一红外图像中标记的区域将目标分割出去，得到第二红外图像；第二红外图像经环境红外温度补偿模块，对第二红外图像分割出去的区域进行温度补偿，得到第三红外图像；第三红外图像输入红外温度信息提取模块，红外温度信息提取模块将第三红外图像进行分块，得到尺寸相同的m×p个图像块，并将每个图像块的温度信息和位置信息传输至数据传输模块，其中，图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度；数据传输模块将接收到的温度信息和位置信息进行数据打包后，传输至电致变色驱动控制平台；

2.根据权利要求1所述的红外隐身控制系统，其特征在于，所述电致变色驱动控制平台与数据处理平台之间通过无线通信的方式进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的红外隐身控制系统，其特征在于，环境红外温度补偿模块的处理过程具体为：首先，将第二红外图像进行m×p矩阵分割，以第二红外图像左下角为原点建立笛卡尔坐标系；然后，根据建立的笛卡尔坐标系，利用边缘检测技术得到被分割出去的目标区域的分割边缘的坐标；对分割出去的目标区域进行分块，得到多个图像块，每个图像块的温度信息为图像块中温度最高的像素点的温度，利用冒泡排序算法计算分割边缘的最低温度值，并将该最低温度值补偿给分割出去的目标区域。