CN114322663A

CN114322663A - 一种可见-红外兼容的多波段伪装系统及多波段伪装车

Info

Publication number: CN114322663A
Application number: CN202111566265.4A
Authority: CN
Inventors: 嵇海宁; 崔俊婕; 毛宇亮; 左学桐; 王嘉逯; 陈永星; 欧阳勇
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-20
Also published as: CN114322663B

Abstract

一种可见‑红外兼容的多波段伪装系统，包括主控器、以及分别与主控器连接的可见光伪装单元和红外伪装单元；可见光伪装单元包括用于采集环境图像信息的环境图像监测组件和用于显示图像颜色的图像显示组件；红外伪装单元包括用于采集环境温度信息的温度检测组件和用于改变温度的温度调节组件；主控器主要包括分别存储环境图像信息和环境温度信息的存储模块，以及处理环境图像信息的图像处理模块和处理环境温度信息的温度处理模块。本发明还公开了装设该系统的一种多波段伪装车。本发明既能实时改变伪装体颜色以响应环境的变化，又能实时改变伪装体红外特征以响应环境的变化，达到与环境背景的视觉效果、温度特征高度融合。

Description

一种可见-红外兼容的多波段伪装系统及多波段伪装车

技术领域

本发明属于伪装技术领域，尤其涉及一种可见-红外兼容的多波段伪装系统及多波段伪装车。

背景技术

近年来，随着科技的发展，军事侦察技术的不断革新，隐身伪装技术的需求也在不断地更新换代。目前被广泛应用的传统伪装技术多依赖于以树脂、油、乳液等为主要成分的伪装涂料，如丙烯酸－聚氨酯防多波段侦察伪装涂料。但是这些伪装涂料往往仅仅具有单一的可见光伪装功能，或红外伪装功能，并且当环境变化时，由于背景的颜色、光谱、红外发射率等识别特征的变化不一致，伪装材料也会失去伪装效果。

如中国专利CN 110066603 A公开了一种水溶性临时型迷彩伪装涂料，这种涂料只具备可见光伪装功能，且不能实现长期伪装。中国专利CN 203642801 U公开了一种人防数码迷彩伪装网，该伪装网依据人的视觉特点，利用斑点制造空间层次感，在可见光领域可实现与背景的高度融合，但未考虑红外波段的伪装。中国专利CN 210652128 U公开了一种红外隐身伪装布，只针对红外波段进行伪装，在可见光波段的伪装效果较差。中国专利CN112662254 A公开了一种可见-近红外高光谱伪装涂料，应用在基材表面制作可见-近红外伪装涂层，其涂层吸水后具有可见-近红外高光谱伪装功能，但其伪装所需的条件复杂，且涂层存在污染耐受力差的缺点，还存在灰尘等环境因子显著影响其反射率等化学涂料不可避免的缺陷及问题。

因此，为进一步提高伪装体在复杂环境的生存、突防能力，规避光电探测系统的搜索和攻击，亟需开发能够主动适应环境的伪装系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种可见-红外兼容的多波段伪装系统及多波段伪装，既能实时改变伪装体颜色以响应环境的变化，又能实时改变伪装体红外特征以响应环境的变化，达到与环境背景的视觉效果、温度特征高度融合。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，包括主控器、以及分别与主控器连接的可见光伪装单元和红外伪装单元；

所述可见光伪装单元包括用于采集环境图像信息的环境图像监测组件和用于显示图像颜色的图像显示组件；

所述红外伪装单元包括用于采集环境温度信息的温度检测组件和用于改变温度的温度调节组件；

所述主控器主要包括分别存储环境图像信息和环境温度信息的存储模块，以及处理环境图像信息的图像处理模块和处理环境温度信息的温度处理模块；

所述图像处理模块接收所述环境图像监测组件传输的环境图像信息，并对环境图像信息进行快速分析和环境背景颜色的提取操作后，将颜色显示信息输出到所述图像显示组件；

所述温度处理模块接收所述温度检测组件传输的环境温度信息，并根据环境温度信息调控所述温度调节组件使被伪装系统与环境温度接近。

进一步的，所述主控器为myRIO处理器，所述主控器设有分别与环境图像监测组件、图像显示组件、温度检测组件和温度调节组件连接的接口模块。

进一步的，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元采用NI myRIO软件平台，并使用LabVIEW进行编程开发；所述人机交互单元包括分别显示环境图像信息和环境温度信息的显示模块。

进一步的，所述图像处理模块利用IMAQ创建图像文件，然后利用IMAQ创建函数和读取函数，以及定义图像类型并读取，将环境图像信息从RGB空间转化至HSL空间中；同时将颜色库中的颜色转化至HSL空间；再使用IMAQ色彩学习函数和IMAQ色彩匹配函数得出HSL空间中环境图像信息与颜色库中各个颜色匹配值，匹配值最高者即为环境背景颜色的最佳匹配色，再将颜色显示信息通过主控器输出到所述图像显示组件。

进一步的，所述环境图像监测组件包括与主控器连接的摄像头；所述温度检测组件包括与主控器连接的非接触式红外线测温传感器。

进一步的，所述图像显示组件包括与主控器连接的灯带，所述灯带采用红绿蓝三色灯带；所述图像处理模块包括红绿蓝三色光按不同比例调配成的颜色库，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括有检测到颜色库无适配颜色、并提示手动扩充颜色库的提示模块及与提示模块连接的蜂鸣器。

进一步的，所述温度处理模块还包括可统计环境温度变化数据并输出显示温度变化波形图表的统计模块以及存储所述统计模块加工的温度统计数据信息的自动存储模块，所述温度统计数据信息可被温度处理模块调用并用于调节所述温度调节组件。

进一步的，所述温度检测组件包括分别与主控器连接的内置温度传感器和外置温度传感器，所述内置温度传感器用于采集被伪装系统内部的内部环境温度信息，所述外置温度传感器用于采集被伪装系统外部的外部环境温度信息。

所述温度处理模块将外部环境温度信息与内部环境温度信息作差处理，其差值作为PID控制的输入，再依据增量式PID控制公式进行编程，通过对近几次的采样值进行加权处理，即可得到控制增量值；当控制增量值大于零时，控制温度调节组件加热使内部环境温度升高，直至控制增量等于零；而当控制增量值小于零时，控制温度调节组件制冷使内部环境温度降低，直至控制增量等于零。

增量式PID控制公式：

Δu(k)＝u(k)-u(k-1)

＝K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)+K_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

其中，K_p为比例放大系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数。

所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括用于显示内部环境温度信息与外部环境温度信息交互关系的LED灯，所述LED灯包括用于显示内部环境温度低于外部环境温度、且温度调节组件正进行加热处理的第一颜色LED灯，所述LED灯还包括用于显示内部环境温度高于外部环境温度、且温度调节组件正进行降温处理的第二颜色LED灯，且第一颜色LED灯与第二颜色LED灯的色彩存在显著视觉差异。

进一步的，所述温度调节组件包括半导体发热制冷片以及用于传导热量的导热件，所述半导体发热制冷片通过驱动电路连接到所述主控器，所述半导体发热制冷片安装在导热件上。

一种多波段伪装车，包括车体和装设于车体上的上述所述的可见-红外兼容的多波段伪装系统，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统中的环境图像监测组件安装于车体的前部，所述温度检测组件包括安装于车体内部的内置温度传感器和安装于车体外部的外置温度传感器，所述图像显示组件包括覆盖在车体外围的灯罩以及装设于灯罩内的红绿蓝三色灯带；所述温度调节组件包括装设于灯罩内的半导体发热制冷片，所述半导体发热制冷片安装在导热件铜片上，所述铜片铺贴在车体的侧面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本系统能实现可见光和红外兼容的多波段伪装：通过灯带可改变视觉颜色，加热制冷片和导热件进行温度调节和热量传导，进而改变红外特征，由此达到可见光波段和红外波段的多波段兼容性伪装，提高了伪装体在变化环境中的生存能力；

2.本系统能积极应对环境变化，实现可见光和红外特征的自适应伪装：受变色龙的启发，通过LabVIEW编程和强大的数据处理能力，适应性地改变伪装体自身的可见光和红外特征，规避了伪装材料自适应性欠缺的弊端；本系统响应的时间短，赋予了伪装体适应性地与背景融合的生命力；

3.本系统以myRIO处理器作为改变特征的数据处理器，可快速实现硬件与软件的完美契合，myRIO处理器进行模拟信号和数字信号的转换，其提供了各种I/0接口和经过优化设计现成的驱动函数，可与LabVIEW中包含的大量现成的算法函数相匹配，可方便快速调用所需的函数；并将LabVIEW中的程序代码下载到myRIO处理器的芯片中，由此myRIO处理器就可以根据代码指令完成相应的操作，实现了硬件与软件的完美契合；

4.本系统具备对环境实况实时监控的能力，摄像头将图像数据实时传输给myRIO处理器，可在NI myRIO软件平台上实时查看环境背景画面，便于我们对环境地形等状况进行实时了解，同时可手动采集并保存所需的图像信息；

5.通过自动保存模块，可具备自动保存温度数据的能力；通过显示模块能在NImyRIO软件平台上显示温度变化的波形图表，不仅可实时观察温度波动变化；通过断电保存模块，可应对突发性停电的情况，防止了数据的丢失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是实施例的应用于车体的结构示意图；

图3是图2的前视结构示意图。

附图中：1、半导体发热制冷片；2、铜片；3、灯罩；4、内置温度传感器；5、主控器；6、摄像头；7、外置温度传感器；8、车体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例：如图1所示，一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，包括主控器5、以及分别与主控器5连接的可见光伪装单元和红外伪装单元；可见光伪装单元包括用于采集环境图像信息的环境图像监测组件和用于显示图像颜色的图像显示组件；红外伪装单元包括用于采集环境温度信息的温度检测组件和用于改变温度的温度调节组件；主控器主要包括分别存储环境图像信息和环境温度信息的存储模块，以及处理环境图像信息的图像处理模块和处理环境温度信息的温度处理模块；图像处理模块接收环境图像监测组件传输的环境图像信息，并对环境图像信息进行快速分析和环境背景颜色的提取操作后，将颜色显示信息输出到图像显示组件；温度处理模块接收温度检测组件传输的环境温度信息，并根据环境温度信息调控温度调节组件使被伪装系统与环境温度接近。环境图像监测组件采集周围环境的图像信息，然后传输给主控器5，进而实现对图像显示组件的控制；温度检测组件实现对环境温度信号的迅速采集，然后传输给主控器5，其对温度环境信号进行处理，将控制信号传输给温度调节组件，改变温度，以积极应对环境的变化。

主控器5为myRIO处理器，主控器5设有分别与环境图像监测组件、图像显示组件、温度检测组件和温度调节组件连接的接口模块。

可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括人机交互单元，人机交互单元采用NImyRIO软件平台，并使用LabVIEW进行编程开发；人机交互单元包括分别显示环境图像信息和环境温度信息的显示模块。主控器5配合LabVIEW软件开发平台，可在较短的时间内独立开发项目应用，并且可利用主控器5的接口模块来连接，便利地实现数据输送与转换。

图像处理模块利用IMAQ创建图像文件，然后利用IMAQ创建函数和读取函数，以及定义图像类型并读取，将环境图像信息从RGB空间转化至HSL空间中；同时将颜色库中的颜色也转化至HSL空间；再使用IMAQ色彩学习函数和IMAQ色彩匹配函数得出HSL空间中环境图像信息与颜色库中各个颜色匹配值，匹配值最高者即为环境背景颜色的最佳匹配色，再将颜色显示信息通过主控器输出到所述图像显示组件。其主要图像函数使用LabVIEW进行编程开发。图像处理的原理：自然界中的各种色彩、人类所感知的色彩以及各种图像设备和计算机软件所使用的颜色可通过色彩空间来描述，色彩空间中的每个点均代表一种颜色。RGB色彩空间使用不同比例的红绿蓝三基色进行加性组合来表示颜色，常见于计算机系统，因此，我们的图像显示部分在RGB空间进行。而HSL色彩空间的颜色是色调、饱和度和亮度的合成，具有亮度和色彩信息分离的特点；为了使图片的颜色特征向量不受亮度变化的影响，我们将图像从RGB空间转化至HSL空间中，再基于由色调和饱和度构成的色盘进行量化，最后根据量化值在颜色库中选出最佳匹配颜色。HSL色彩空间的颜色是色调、饱和度和亮度的合成，具有亮度和色彩信息分离的特点，可以使图片的颜色特征向量不受亮度变化的影响，便于找出最佳匹配色。

温度处理模块还包括可统计环境温度变化数据并输出显示温度变化波形图表的统计模块以及存储统计模块加工的温度统计数据信息的自动存储模块，温度统计数据信息可被温度处理模块调用并用于调节温度调节组件。

温度检测组件包括分别与主控器5连接的内置温度传感器4和外置温度传感器7，内置温度传感器4用于采集被伪装系统内部的内部环境温度信息，外置温度传感器7用于采集被伪装系统外部的外部环境温度信息。两个温度传感器均采用MLX90614非接触式红外线测温传感器，分别设于车体8的内部和外部，可在-40～+125℃的范围内正常工作，尺寸小且成本低，其分别与主控器5的I/O接口连接，将实时获取的外界环境温度和自身表面温度传输给主控器5，实现对环境温度的实时采集。

温度处理模块将外部环境温度信息与内部环境温度信息作差处理，其差值作为PID控制的输入，再依据增量式PID控制公式进行编程，通过对近3次的采样值进行加权处理，即可得到控制增量值；当控制增量值大于零时，控制温度调节组件加热使内部环境温度升高，直至控制增量等于零；而当控制增量值小于零时，控制温度调节组件制冷使内部环境温度降低，直至控制增量等于零。

增量式PID控制公式：

Δu(k)＝u(k)-u(k-1)

＝K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)+K_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

其中，K_p为比例放大系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；在温控界面，将内部环境温度作为被控量，外部环境温度作为设定值，主控器输出作为温度调节组件的输入，只需将上述三个参数值进行选定，便可完成对温度的控制输出。温度数据处理原理：PID控制规律是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略。温度处理系统应用增量式PID控制来实现温度的自我调节，与普通PID控制不同的是，增量式PID的输出控制量对应的是近几次位置误差的增量，而不是对应与实际位置的偏差，没有误差累加，并且增量式PID控制算法得出的是控制的增量，误动作影响小。

可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括用于显示内部环境温度信息与外部环境温度信息交互关系的LED灯，LED灯包括用于显示内部环境温度低于外部环境温度、且温度调节组件正进行加热处理的第一颜色LED灯，LED灯还包括用于显示内部环境温度高于外部环境温度、且温度调节组件正进行降温处理的第二颜色LED灯，且第一颜色LED灯与第二颜色LED灯的色彩存在显著视觉差异。LED灯包括红色发光二极管和绿色发光二极管，当红色发光二极管亮起时，说明此时自身温度低于环境温度，需要温度检测组件做加热处理；当绿色发光二极管亮起时，表示此时自身温度高于环境温度，需要温度检测组件做降温处理；

环境图像监测组件包括与主控器5连接的摄像头6；温度检测组件包括与主控器5连接的非接触式红外线测温传感器。摄像头6为USB摄像头，设于车体8的前部。摄像头将图像数据实时传输给主控器5，可在LabVIEW前面板实时查看环境背景画面，便于我们对环境地形等状况进行实时了解，同时可手动采集并保存自己所需的图像信息。

图像显示组件包括与主控器5连接的灯带，灯带采用红绿蓝三色灯带，设于车体8的侧面，由于人眼对红、绿、蓝三种色光最为敏感，并且自然界中常见的各种颜色光都可以用这三种颜色的光按不同比例相配而成，所以选用这三种颜色的灯带来显示颜色的改变。同时，其余颜色也可用此三色调配而成，便于改进和扩大颜色库；主控器5将环境图像监测组件传输过来的信息，配合LabVIEW软件开发平台完成图像的快速分析和环境大背景主颜色的提取，同时将颜色输出给电路，控制灯带改变颜色；图像处理模块包括红绿蓝三色光按不同比例调配成的颜色库，可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括有检测到颜色库无适配颜色、并提示手动扩充颜色库的提示模块及与提示模块连接的蜂鸣器。蜂鸣器响提示此时颜色库无适配颜色，需手动添加颜色扩大颜色库。

温度调节组件包括半导体发热制冷片1以及用于传导热量的导热件，半导体发热制冷片1通过驱动电路连接到主控器5，半导体发热制冷片1安装在导热件上。用其负责进行温度调节，体积小、易控制，既可制冷也可制热，使装置温度分布均匀；主控器5在获取到温度数据后，上位机LabVIEW通过主控器5向驱动电路输出PWM控制信号，驱动发热制冷片进行温度调节，使得自身温度与环境温度相近。

如图2-图3所示，一种多波段伪装车，包括车体8和装设于车体8上的可见-红外兼容的多波段伪装系统，其中的环境图像监测组件安装于车体8的前部，温度检测组件包括安装于车体8内部的内置温度传感器4和安装于车体8外部的外置温度传感器7，图像显示组件包括覆盖在车体8外围的灯罩3以及装设于灯罩3内的红绿蓝三色灯带；温度调节组件包括装设于灯罩3内的半导体发热制冷片1，半导体发热制冷片1安装在导热件铜片2上，铜片2铺贴在车体8的侧面。

Claims

1.一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，包括主控器(5)、以及分别与主控器(5)连接的可见光伪装单元和红外伪装单元；

所述主控器(5)主要包括分别存储环境图像信息和环境温度信息的存储模块，以及处理环境图像信息的图像处理模块和处理环境温度信息的温度处理模块；

2.根据权利要求1所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述主控器(5)为myRIO处理器，所述主控器(5)设有分别与环境图像监测组件、图像显示组件、温度检测组件和温度调节组件连接的接口模块。

3.根据权利要求2所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括人机交互单元，所述人机交互单元采用NI myRIO软件平台，并使用LabVIEW进行编程开发；所述人机交互单元包括分别显示环境图像信息和环境温度信息的显示模块。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述图像处理模块将环境图像信息从RGB空间转化至HSL空间中；同时将颜色库中的颜色转化至HSL空间；再使用IMAQ色彩学习函数和IMAQ色彩匹配函数得出HSL空间中环境图像信息与颜色库中各个颜色匹配值，匹配值最高者即为环境背景颜色的最佳匹配色，再将颜色显示信息通过主控器(5)输出到所述图像显示组件。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述环境图像监测组件包括与主控器(5)连接的摄像头(6)；所述温度检测组件包括与主控器(5)连接的非接触式红外线测温传感器。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述图像显示组件包括与主控器(5)连接的灯带，所述灯带采用红绿蓝三色灯带；所述图像处理模块包括红绿蓝三色光按不同比例调配成的颜色库，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括有检测到颜色库无适配颜色、并提示手动扩充颜色库的提示模块及与提示模块连接的蜂鸣器。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述温度处理模块还包括能统计环境温度变化数据并输出显示温度变化波形图表的统计模块以及存储所述统计模块加工的温度统计数据信息的自动存储模块，所述温度统计数据信息能被温度处理模块调用并用于调节所述温度调节组件。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述温度检测组件包括分别与主控器(5)连接的内置温度传感器(4)和外置温度传感器(7)，所述内置温度传感器(4)用于采集被伪装系统内部的内部环境温度信息，所述外置温度传感器(7)用于采集被伪装系统外部的外部环境温度信息；所述温度处理模块将外部环境温度信息与内部环境温度信息作差处理，其差值作为PID控制的输入，再依据增量式PID控制公式进行编程，通过对近几次的采样值进行加权处理，即可得到控制增量值；当控制增量值大于零时，控制温度调节组件加热使内部环境温度升高，直至控制增量等于零；而当控制增量值小于零时，控制温度调节组件制冷使内部环境温度降低，直至控制增量等于零；所述可见-红外兼容的多波段伪装系统还包括用于显示内部环境温度信息与外部环境温度信息交互关系的LED灯，所述LED灯包括用于显示内部环境温度低于外部环境温度、且温度调节组件正进行加热处理的第一颜色LED灯，所述LED灯还包括用于显示内部环境温度高于外部环境温度、且温度调节组件正进行降温处理的第二颜色LED灯，且第一颜色LED灯与第二颜色LED灯的色彩存在显著视觉差异。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的一种可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述温度调节组件包括半导体发热制冷片(1)以及用于传导热量的导热件，所述半导体发热制冷片(1)通过驱动电路连接到所述主控器(5)，所述半导体发热制冷片(1)安装在导热件上。

10.一种多波段伪装车，包括车体(8)和装设于车体(8)上的如权利要求1～9中任一项所述的可见-红外兼容的多波段伪装系统，其特征在于，所述可见-红外兼容的多波段伪装系统中的环境图像监测组件安装于车体(8)的前部，所述温度检测组件包括安装于车体(8)内部的内置温度传感器(4)和安装于车体(8)外部的外置温度传感器(7)，所述图像显示组件包括覆盖在车体(8)外围的灯罩(3)以及装设于灯罩(3)内的红绿蓝三色灯带；所述温度调节组件包括装设于灯罩(3)内的半导体发热制冷片(1)，所述半导体发热制冷片(1)安装在导热件铜片(2)上，所述铜片(2)铺贴在车体(8)的侧面。