Como são gerados os padrões de camuflagem nos uniformes militares?

A origem da camuflagem

Primeiro, precisamos entender o nascimento da camuflagem. Por que existe camuflagem?
Camuflagem, conhecida como “camuflagem militar” em inglês, significa literalmente “disfarce militar”. É um componente tático indispensável nas operações militares modernas.
Portanto, como o nome sugere, a camuflagem é usada para disfarçar. Foi aplicado pela primeira vez a uniformes militares para reduzir a probabilidade de os soldados serem detectados, aumentando assim a sua capacidade de sobrevivência no campo de batalha. A camuflagem é uma das tecnologias de camuflagem militar mais básicas e o meio mais comumente usado para combater sistemas de reconhecimento de alta{2}}tecnologia e ataque com armas. Seu principal objetivo é minimizar as diferenças características entre o alvo e o fundo circundante em termos de óptica, infravermelho térmico, ondas de radar, etc., dificultando a detecção e distinção dos instrumentos de reconhecimento.
Como método básico de reconhecimento, o reconhecimento visual torna extremamente importante o estudo de tecnologias de camuflagem contra detecção visual. Na pesquisa militar, o estudo da tecnologia de camuflagem é um tema crucial. A tecnologia de camuflagem consiste em tecnologia de camuflagem de tela, tecnologia de camuflagem enganosa e tecnologia de pintura de camuflagem. Em ordem cronológica, a tecnologia de pintura de camuflagem evoluiu desde a camuflagem protetora inicial até a camuflagem disruptiva e, finalmente, até a mais recente camuflagem digital.
Agora, as armas, equipamentos e uniformes militares do nosso país foram basicamente atualizados da camuflagem tradicional para a camuflagem digital. Vamos falar sobre camuflagem digital.
Por que é que?

Em sistemas de combate terrestre, a camuflagem disruptiva inicial só conseguia adaptar-se a cenários relativamente simples. Atualmente, para resistir ao reconhecimento visual a distâncias mais próximas e ao reconhecimento de imagem por instrumentos de alta-resolução, ela tem sido gradualmente substituída pela camuflagem digital. A camuflagem digital é composta por unidades de pixels de cores diferentes organizadas de acordo com determinados padrões, o que integra melhor os princípios de imagem das matrizes de pixels do computador e as características de percepção visual do olho humano.
Contra os planos de fundo de vários ambientes reais, os contornos irregulares das bordas de objetos como galhos, folhas e cascalho no fundo são características mais fragmentadas e desfocadas-que se alinham com as da camuflagem digital. Como resultado, a camuflagem digital pode confundir mais facilmente o olho humano, permitindo que os objetos se misturem ao ambiente.
Por exemplo: Dê uma olhada nos tanques Leopard 2A4 do Exército Norueguês realizando exercícios em áreas nevadas.... Tente identificá-los.

Então, simplificando, a camuflagem digital é apenas um monte de blocos de cores (blocos de pixels) gerados pela combinação e organização deles sob certas condições.

Como componente táctico indispensável nas operações militares modernas, cada país conduziu extensas pesquisas sobre a concepção de padrões de camuflagem com base nas suas próprias circunstâncias. Coincidentemente, me deparei com um site do "Centro de Tecnologia de Defesa do Departamento de Defesa dos EUA" (de autenticidade desconhecida), onde foram encontrados 5.814-documentos de acesso aberto discutindo o design de camuflagem....

No entanto, relativamente poucos desses documentos estavam realmente disponíveis para download, porque:

Também não li cuidadosamente todos os artigos, então só posso delinear aproximadamente as idéias de design de camuflagem conforme as entendo. Profissionais de áreas afins podem apontar quaisquer erros.

Três princípios de design de camuflagem

Os padrões de camuflagem digital são projetados de acordo com estes três princípios:

1. Padrões de-escala múltipla: adicione elementos de-alta frequência para se ocultar durante observações-de perto.

2. Pontilhamento de cores: Gere novas cores misturando duas cores. (O princípio da mistura de cores)

3.Efeito de borda: Modifique o efeito visual das bordas. (Para conseguir o efeito de desfocar os limites)

Ideias para design de camuflagem

(Esta seção é amplamente baseada na literatura)

O design da camuflagem depende de qual aspecto se parte, e o processo de design também deve ser combinado com cenários de uso específicos. Os primeiros designs de camuflagem digital surgiram na década de 1970 e, naquela época, as pesquisas ainda estavam focadas em aspectos teóricos. Alguns especialistas e estudiosos estrangeiros estudaram o design da camuflagem e o arranjo dos padrões de camuflagem em combinação com a psicologia visual. O Japão projetou um tipo de camuflagem linear combinada com materiais especiais para evitar a detecção por dispositivos de visão noturna-infravermelha. Atualmente, a pesquisa de muitos estudiosos estrangeiros combina principalmente design de camuflagem biônica com design de camuflagem digital, fazendo a transição do design de camuflagem para objetos estacionários para aquele para objetos em movimento...

Internamente, a pesquisa atual sobre design de camuflagem concentra-se principalmente no design de camuflagem digital a partir das perspectivas da ciência da computação e do processamento digital de imagens, concentrando-se principalmente em aspectos como a geração de cores de unidades de camuflagem, o arranjo de unidades de camuflagem e a avaliação da eficácia da camuflagem. As etapas para gerar camuflagem digital são as seguintes:

1. Pré-processe a imagem de fundo da camuflagem;

2.Extraia as cores principais do fundo de camuflagem;

3. Projetar o tamanho e a disposição das unidades de camuflagem;

4.Gere o padrão de camuflagem digital.

No processo de design de camuflagem digital, o foco principal está no design de unidades de camuflagem digital. O design das unidades de camuflagem digital inclui elementos como a cor das unidades de camuflagem digital, o modo de disposição das unidades de camuflagem, o tamanho das unidades de camuflagem e o formato das unidades de camuflagem, entre outros.

Resumindo, a cor das unidades de camuflagem é gerada com base nas cores principais do fundo onde se encontra o objeto a ser camuflado; alguns modos de arranjo de unidades de camuflagem são projetados de acordo com a distribuição das cores de fundo, enquanto outros são projetados usando métodos matemáticos, como arranjo aleatório; o tamanho das unidades de camuflagem é projetado com base na resolução mínima do olho humano e no princípio da mistura de cores; e a forma da camuflagem é projetada de acordo com a exigência de que seus contornos de borda possam se misturar com o fundo circundante.

Assim, como mencionado, o design da camuflagem deve ser baseado em cenários de uso específicos-é por isso que temos vários tipos, como camuflagem marinha, camuflagem de deserto, camuflagem de selva e assim por diante. Isso corresponde às duas primeiras etapas na geração de camuflagem digital:

1.Pré-processamento da imagem de fundo da camuflagem;

2. Extração das cores principais do fundo de camuflagem.

Em outras palavras, envolve a extração de cenários de uso específicos, a seleção de padrões de fundo representativos com características sazonais e geográficas típicas, a conversão do espaço de cores (em um espaço de cores que esteja em conformidade com as características da percepção visual humana) e, em seguida, a extração das cores principais como cores básicas para renderizar a camuflagem digital.

1. Extração de cores principais e informações de patch:

De acordo com a literatura, o algoritmo de agrupamento K-means é comumente usado para extrair as cores principais do fundo. Existem também outros métodos, como o algoritmo de agrupamento fuzzy C-significa. Um ponto crucial ao usar o algoritmo de clustering K-means é selecionar centros de cluster iniciais, e existem diferentes métodos mencionados na literatura, como clustering hierárquico (se esses termos não estiverem claros, sinta-se à vontade para procurá-los no Bing). Além de extrair as cores principais, há também o mapa inicial de distribuição do cluster da imagem de fundo (um mapa de distribuição de cores de{6} pixel único, ou seja, informações de patch).

Vale ressaltar que a camuflagem geralmente não utiliza mais do que 5 cores. A camuflagem digital da China normalmente usa quatro cores (?). Estas são chamadas de cores dominantes do padrão militar, portanto, após a extração das cores principais, elas precisam ser substituídas por cores dominantes do padrão militar que estejam mais próximas das cores principais do fundo.

Após extrair as cores principais do fundo e o mapa inicial de distribuição do cluster da imagem de fundo, precisamos determinar o alvo da camuflagem, ou seja, a distância de detecção e o tamanho da forma do objeto a ser camuflado. A razão é que, quando visto a olho nu ou capturado por uma câmera, quanto maiores os blocos de pixels, maior será a distância na qual o objeto se tornará indistinto. Este é um problema de imagem. Quanto maior a forma do objeto, maiores deverão ser os blocos de pixels, o que é suficiente para desfocar os limites do objeto.

Assim: (Os blocos de camuflagem nos uniformes militares são pequenos; os que estão atrás (provavelmente obuseiros-autopropulsados?) são maiores; e os lançadores de mísseis mais atrás usam a tradicional camuflagem disruptiva....)

2.TO tamanho das unidades de camuflagem digital é determinado da seguinte forma:
Sob a condição de uma distância de detecção fixa, a distância mínima distinguível pelo olho humano é usada como índice de medição. O tamanho das unidades de camuflagem digital deve ser menor ou igual a esta distância mínima distinguível. Só assim a camuflagem digital pode produzir um efeito de mistura de cores quando o observador a visualiza a uma distância de detecção mais próxima que a anterior.
Cálculos matemáticos específicos são omitidos. Sob a condição de que a distância de detecção específica seja D, a distância mínima distinguível pelo olho humano:

Aqui está uma tabela de valores empíricos para tamanhos mínimos derivados de métodos tradicionais de design de camuflagem:

3.Dr.ahusando padrões de camuflagem
Com os preparativos acima, podemos agora começar a desenhar a camuflagem!
Em seguida, é necessário realizar o-reagrupamento no mapa inicial de distribuição do cluster da imagem de fundo: como determinamos o tamanho das unidades de camuflagem, podemos iniciar o cálculo. Uma unidade de camuflagem digital contém pixels de diversas cores; calculamos a média desses valores de pixel e preenchemos essa unidade digital com a cor principal (já substituída pela cor dominante do padrão militar correspondente) que mais se aproxima da cor dessa média (não da cor média em si). Desta forma, todas as unidades digitais são combinadas para gerar a imagem final da camuflagem digital. Por fim, é “feito sob medida” de acordo com o formato do objeto a ser camuflado, resultando na camuflagem digital final que pode ser utilizada para pintura.
Na verdade, esse processo é semelhante a adicionar um mosaico a uma foto no Photoshop.
É claro que não estamos satisfeitos apenas com isso. De acordo com a literatura, no design de camuflagem atual, para permitir que o número limitado de cores simule melhor os efeitos visuais de luz e sombra no ambiente de fundo durante a camuflagem, o chamado-princípio de mistura de cores é usado para cortar unidades digitais. Qual é o princípio da mistura de cores? Simplificando, quando vistos de perto, aparecem como blocos de cores diferentes; quando vistos à distância, visualmente, por não serem distinguíveis, ocorrem misturas e sobreposições de cores, fazendo com que pareça que uma nova cor é produzida.
Naturalmente, esta abordagem não funciona para todos os tipos de camuflagem. Por exemplo, camuflagem de deserto: em ambientes de fundo com cores predominantemente monótonas, como desertos e campos de neve, o preenchimento de unidades de camuflagem geralmente utiliza preenchimento aleatório.
Este é o padrão de camuflagem desenhado inicialmente, e a seguir é necessário avaliar o efeito de camuflagem desta imagem.

4. Avaliando o desempenho da camuflagem
Na verdade, avaliar o desempenho da camuflagem é bastante simples: a uma certa distância, é possível distinguir o contorno do objeto? Esse é o cerne da questão. Geralmente, vários algoritmos aprimorados e avançados de detecção de bordas são usados ​​para essa finalidade. Se o contorno estiver claro, o desempenho da camuflagem é obviamente ruim.
Após a avaliação, caso não atenda aos requisitos, nós o revisamos, re-avaliamos e repetimos o processo até que um resultado satisfatório seja alcançado.

5. Um resumo final
O que foi discutido acima refere-se apenas ao design de camuflagem-baseado em computador. Os princípios básicos também se aplicam ao projeto de camuflagem-do mundo real, mas com métodos de detecção cada vez mais diversos na guerra moderna, o projeto de camuflagem não se trata mais apenas de criar padrões. Por exemplo, os uniformes militares listrados de camuflagem digital do Japão levam em consideração a combinação do material do tecido e do padrão, tornando-os mais difíceis de detectar sob dispositivos de visão noturna-infravermelha.
Além disso, os formatos das unidades de camuflagem digital não se limitam a quadrados-há também triângulos, paralelogramos, hexágonos e muito mais. É por isso que os padrões de camuflagem de alguns países parecem diferentes; cada nação tem suas próprias considerações de design.
Na verdade, há muita experiência envolvida no design de camuflagem!
Certo? Quando se trata dos aspectos matemáticos aqui, não mencionei uma única palavra sobre matemática. Ver? Se você quiser conferir os algoritmos específicos, terá que procurá-los você mesmo-eles são todos matemáticos... Matemática, na verdade, é realmente fascinante, sabe?