Hoe worden de camouflagepatronen op militaire uniformen gegenereerd?

De oorsprong van camouflage

Ten eerste moeten we de geboorte van camouflage begrijpen. Waarom bestaat camouflage?
Camouflage, in het Engels 'militaire camouflage' genoemd, betekent letterlijk 'militaire vermomming'. Het is een onmisbaar tactisch onderdeel van moderne militaire operaties.
Daarom wordt, zoals de naam al doet vermoeden, camouflage gebruikt voor vermomming. Het werd voor het eerst toegepast op militaire uniformen om de kans te verkleinen dat soldaten worden gedetecteerd, waardoor hun overlevingsmogelijkheden op het slagveld werden vergroot. Camouflage is een van de meest elementaire militaire camouflagetechnologieën en de meest gebruikte manier om hoog-technische verkennings- en wapenaanvalsystemen tegen te gaan. Het belangrijkste doel ervan is om de karakteristieke verschillen tussen het doel en de omringende achtergrond in termen van optica, thermisch infrarood, radargolven, enz. te minimaliseren, waardoor het voor verkenningsinstrumenten moeilijk wordt om te detecteren en te onderscheiden.
Als basisverkenningsmethode maakt visuele verkenning de studie van camouflagetechnologieën tegen visuele detectie uiterst belangrijk. In militair onderzoek is de studie van camouflagetechnologie een cruciaal onderwerp. Camouflagetechnologie bestaat uit schermcamouflagetechnologie, misleidende camouflagetechnologie en camouflageverftechnologie. In chronologische volgorde is de camouflageverftechnologie geëvolueerd van de aanvankelijke beschermende camouflage naar ontwrichtende camouflage en uiteindelijk naar de nieuwste digitale camouflage.
Nu zijn de wapens, uitrusting en militaire uniformen van ons land feitelijk geüpgraded van traditionele camouflage naar digitale camouflage. Laten we het hebben over digitale camouflage.
Waarom is dat?

In grondgevechtsystemen kon vroege ontwrichtende camouflage zich alleen aanpassen aan relatief eenvoudige achtergronden. Om visuele verkenning op kleinere afstanden en beeldverkenning door instrumenten met hoge- resolutie te weerstaan, is dit momenteel geleidelijk vervangen door digitale camouflage. Digitale camouflage bestaat uit pixeleenheden van verschillende kleuren gerangschikt volgens bepaalde patronen, waardoor de beeldprincipes van computerpixelmatrices en de visuele perceptiekenmerken van het menselijk oog beter worden geïntegreerd.
Tegen de achtergronden van verschillende echte omgevingen zijn de onregelmatige randcontouren van objecten zoals takken, bladeren en grind op de achtergrond meer gefragmenteerde en wazige- kenmerken die aansluiten bij die van digitale camouflage. Als gevolg hiervan kan digitale camouflage het menselijk oog gemakkelijker in verwarring brengen, waardoor objecten opgaan in de omgeving.
Kijk bijvoorbeeld eens naar de Leopard 2A4-tanks van het Noorse leger die oefeningen uitvoeren in besneeuwde gebieden. Probeer ze te spotten.

Simpel gezegd is digitale camouflage dus niets meer dan een stel kleurblokken (pixelblokken) die worden gegenereerd door ze onder bepaalde omstandigheden te combineren en te rangschikken.

Als onmisbaar tactisch onderdeel van moderne militaire operaties heeft elk land uitgebreid onderzoek gedaan naar het ontwerp van camouflagepatronen op basis van zijn eigen omstandigheden. Toevallig kwam ik een website tegen van het "US Department of Defense Defense Technology Center" (van onbekende authenticiteit), waar 5.814 open-access-documenten werden gevonden waarin camouflageontwerp werd besproken....

Relatief weinig van deze artikelen waren echter daadwerkelijk beschikbaar om te downloaden, omdat:

Ik heb ook niet alle artikelen aandachtig gelezen, dus ik kan de ontwerpideeën van camouflage slechts globaal schetsen zoals ik ze begrijp. Professionals in aanverwante vakgebieden zijn welkom om eventuele fouten te melden.

Drie principes van camouflageontwerp

De patronen van digitale camouflage zijn ontworpen in overeenstemming met deze drie principes:

1. Patronen op meerdere-schalen: voeg hoog-elementen toe om jezelf te verbergen tijdens observatie op korte- afstand.

2.Kleurdithering: Genereer nieuwe kleuren door twee kleuren te mengen. (Het principe van kleurenmenging)

3. Randeffect: wijzig het visuele effect van randen. (Om het effect van vervagende grenzen te bereiken)

Ideeën voor camouflageontwerp

(Dit gedeelte is grotendeels gebaseerd op literatuur)

Camouflageontwerp is afhankelijk van welk aspect men vertrekt en het ontwerpproces moet ook worden gecombineerd met specifieke gebruiksscenario's. De eerste digitale camouflageontwerpen ontstonden in de jaren zeventig, en in die tijd was het onderzoek nog steeds gericht op theoretische aspecten. Sommige buitenlandse experts en wetenschappers bestudeerden camouflageontwerp en de opstelling van camouflagepatronen in combinatie met visuele psychologie. Japan ontwierp een soort lineaire camouflage gecombineerd met speciale materialen om detectie door infrarood nachtkijkers- te voorkomen. Momenteel combineert het onderzoek van veel buitenlandse wetenschappers voornamelijk bionisch camouflageontwerp met digitaal camouflageontwerp, waarbij de overgang plaatsvindt van camouflageontwerp voor stilstaande objecten naar dat voor bewegende objecten...

In eigen land richt het huidige onderzoek naar camouflageontwerp zich voornamelijk op digitaal camouflageontwerp vanuit de perspectieven van de computerwetenschappen en digitale beeldverwerking, waarbij het zich voornamelijk concentreert op aspecten als het genereren van camouflage-eenheidskleuren, de rangschikking van camouflage-eenheden en de evaluatie van de effectiviteit van camouflage. De stappen voor het genereren van digitale camouflage zijn als volgt:

1.Bewerk de camouflageachtergrondafbeelding vooraf;

2.Extraheer de hoofdkleuren van de camouflageachtergrond;

3. Ontwerp de grootte en opstelling van camouflage-eenheden;

4. Genereer het digitale camouflagepatroon.

Bij het ontwerpen van digitale camouflage ligt de nadruk vooral op het ontwerp van digitale camouflage-eenheden. Het ontwerp van digitale camouflage-eenheden omvat onder meer elementen zoals de kleur van digitale camouflage-eenheden, de opstellingsmodus van camouflage-eenheden, de grootte van camouflage-eenheden en de vorm van camouflage-eenheden.

Samenvattend wordt de kleur van camouflage-eenheden gegenereerd op basis van de hoofdkleuren van de achtergrond waar het te camoufleren object zich bevindt; sommige rangschikkingsmodi van camouflage-eenheden zijn ontworpen op basis van de verdeling van achtergrondkleuren, terwijl andere zijn ontworpen met behulp van wiskundige methoden zoals willekeurige rangschikking; de grootte van camouflage-eenheden is ontworpen op basis van de minimale resolutie van het menselijk oog en het principe van kleurmenging; en de camouflagevorm is ontworpen volgens de eis dat de randcontouren kunnen opgaan in de omringende achtergrond.

Zoals gezegd moet het camouflageontwerp gebaseerd zijn op specifieke gebruiksscenario's-daarom hebben we verschillende typen, zoals zeecamouflage, woestijncamouflage, junglecamouflage, enzovoort. Dit komt overeen met de eerste twee stappen bij het genereren van digitale camouflage:

1. De camouflageachtergrondafbeelding voorbewerken;

2. De hoofdkleuren van de camouflageachtergrond extraheren.

Met andere woorden, het gaat om het extraheren van specifieke gebruiksscenario's, het selecteren van representatieve achtergrondpatronen met typische seizoens- en geografische kenmerken, het converteren van de kleurruimte (naar een kleurruimte die voldoet aan de kenmerken van de menselijke visuele perceptie) en het vervolgens extraheren van de hoofdkleuren als basiskleuren om digitale camouflage weer te geven.

1. Extractie van hoofdkleuren en patchinformatie:

Volgens de literatuur wordt het K-means clusteringalgoritme vaak gebruikt om de hoofdkleuren van de achtergrond te extraheren. Er zijn ook andere methoden, zoals het fuzzy C-means clustering-algoritme. Een cruciaal punt bij het gebruik van het K-means clusteringalgoritme is het selecteren van initiële clustercentra, en er worden verschillende methoden genoemd in de literatuur, zoals hiërarchische clustering (als deze termen onduidelijk zijn, zoek ze dan gerust op op Bing). Naast het extraheren van de hoofdkleuren is er ook de initiële clusterdistributiekaart van de achtergrondafbeelding (een enkele-pixelkleurdistributiekaart, dwz patchinformatie).

Het is vermeldenswaard dat camouflage over het algemeen niet meer dan 5 kleuren gebruikt. De digitale camouflage van China gebruikt doorgaans vier kleuren (?). Dit worden dominante kleuren volgens militaire standaard genoemd, dus nadat de hoofdkleuren zijn geëxtraheerd, moeten ze worden vervangen door dominante kleuren volgens militaire standaard die het dichtst bij de hoofdkleuren van de achtergrond liggen.

Na het extraheren van de hoofdkleuren van de achtergrond en de initiële clusterverdelingskaart van de achtergrondafbeelding, moeten we het doelwit van de camouflage bepalen, dat wil zeggen de detectieafstand en de vormgrootte van het te camoufleren object. De reden is dat, wanneer bekeken met het blote oog of vastgelegd door een camera, hoe groter de pixelblokken zijn, hoe verder de afstand waarop het object onduidelijk wordt. Dit is een beeldprobleem. Hoe groter de vorm van het object, hoe groter de pixelblokken moeten zijn, wat voldoende is om de grenzen van het object te vervagen.

Zoals dit: (De camouflageblokken op militaire uniformen zijn klein; die op de blokken erachter (waarschijnlijk zelfrijdende houwitsers?) zijn groter; en de raketwerpers verder naar achteren gebruiken traditionele ontwrichtende camouflage...)

2.TDe grootte van digitale camouflage-eenheden wordt als volgt bepaald:
Onder de voorwaarde van een vaste detectieafstand wordt de minimale afstand die door het menselijk oog kan worden onderscheiden, gebruikt als meetindex. De grootte van digitale camouflage-eenheden moet kleiner zijn dan of gelijk zijn aan deze minimaal onderscheidbare afstand. Alleen op deze manier kan digitale camouflage een kleurmengeffect produceren wanneer de waarnemer het bekijkt op een detectieafstand die dichterbij is dan de vorige.
Specifieke wiskundige berekeningen zijn weggelaten. Op voorwaarde dat de specifieke detectieafstand D is, de minimale afstand die door het menselijk oog kan worden onderscheiden:

Hier is een tabel met empirische waarden voor minimummaten afgeleid van traditionele camouflageontwerpmethoden:

3.Drachcamouflagepatronen vastleggen
Met bovenstaande voorbereidingen kunnen we nu beginnen met het tekenen van de camouflage!
Vervolgens is het noodzakelijk om herclustering uit te voeren op de initiële clusterdistributiekaart van de achtergrondafbeelding: aangezien we de grootte van de camouflage-eenheden hebben bepaald, kunnen we beginnen met de berekening. Een digitale camouflage-eenheid bevat pixels van verschillende kleuren; we berekenen het gemiddelde van deze pixelwaarden en vullen deze digitale eenheid met de hoofdkleur (al vervangen door de overeenkomstige dominante kleur volgens de militaire standaard) die het dichtst bij de kleur van dit gemiddelde ligt (niet de gemiddelde kleur zelf). Op deze manier worden alle digitale eenheden gecombineerd om het uiteindelijke digitale camouflagebeeld te genereren. Ten slotte wordt het "op maat-gemaakt" volgens de vorm van het te camoufleren object, wat resulteert in de uiteindelijke digitale camouflage die voor het schilderen kan worden gebruikt.
Dit proces is eigenlijk vergelijkbaar met het toevoegen van een mozaïek aan een foto in Photoshop.
Uiteraard zijn wij hiermee niet alleen tevreden. Volgens de literatuur wordt bij het huidige camouflageontwerp, om het beperkte aantal kleuren de visuele effecten van licht en schaduw in de achtergrondomgeving tijdens camouflage beter te laten simuleren, het zogenaamde-principe van kleurmenging gebruikt om digitale eenheden te knippen. Wat is het principe van kleurmenging? Simpel gezegd: als je ze van dichtbij bekijkt, verschijnen ze als blokken met verschillende kleuren; wanneer ze vanaf een afstand visueel worden bekeken, omdat ze niet van elkaar te onderscheiden zijn, treden er kleurmenging en superpositie op, waardoor het lijkt alsof er een nieuwe kleur wordt geproduceerd.
Uiteraard werkt deze aanpak niet voor alle soorten camouflage. Bijvoorbeeld woestijncamouflage: in achtergrondomgevingen met overwegend monotone kleuren, zoals woestijnen en sneeuwvelden, wordt bij het vullen van camouflage-eenheden vaak gebruik gemaakt van willekeurige vulling.
Dit is het aanvankelijk getekende camouflagepatroon en vervolgens is het noodzakelijk om het camouflage-effect van deze afbeelding te evalueren.

4. Camouflageprestaties evalueren
Eigenlijk is het evalueren van camouflageprestaties vrij eenvoudig: kun je op een bepaalde afstand de omtrek van het object onderscheiden? Dat is de kern ervan. Over het algemeen worden hiervoor verschillende verbeterde en geavanceerde algoritmen voor randdetectie gebruikt. Als de omtrek duidelijk is, zijn de camouflageprestaties duidelijk slecht.
Als het na evaluatie niet aan de vereisten voldoet, herzien we het, her-evalueren we het en herhalen we het proces totdat er een bevredigend resultaat is bereikt.

5. Een laatste samenvatting
Wat hierboven is besproken heeft alleen betrekking op computer-gebaseerd camouflageontwerp. De basisprincipes zijn ook van toepassing op camouflageontwerp in de echte-wereld, maar met de steeds diversere detectiemethoden in de moderne oorlogsvoering gaat camouflageontwerp niet langer alleen maar over het creëren van patronen. De Japanse militaire uniformen met gestreepte digitale camouflage houden bijvoorbeeld rekening met de combinatie van stof en patroon, waardoor ze moeilijker te detecteren zijn onder infrarood-nachtkijkers-.
Bovendien zijn de vormen van digitale camouflage-eenheden niet beperkt tot vierkanten-er zijn ook driehoeken, parallellogrammen, zeshoeken en meer. Dat is de reden waarom de camouflagepatronen van sommige landen er anders uitzien; elk land heeft zijn eigen ontwerpoverwegingen.
Er is eigenlijk heel veel expertise betrokken bij camouflageontwerp!
Rechts? Als het hier om de wiskundige aspecten gaat, heb ik met geen enkel woord over wiskunde gesproken. Zien? Als je de specifieke algoritmen wilt bekijken, moet je ze zelf opzoeken-het is allemaal wiskunde... Wiskunde is eigenlijk heel fascinerend, weet je?