王仁驍，羅建華，周宇航，夏翕鞏

（陸軍裝甲兵學(xué)院，北京 100072）

打擊效果評估指在對某一目標(biāo)實施火力打擊后，通過一定的偵查手段獲取戰(zhàn)場圖像等信息，然后利用信息處理相關(guān)技術(shù)快速、準(zhǔn)確地對目標(biāo)毀傷效果進(jìn)行評估，并據(jù)此決定后續(xù)的作戰(zhàn)計劃。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，打擊效果評估的及時性和準(zhǔn)確性，是決策后續(xù)戰(zhàn)役行動非常關(guān)鍵的參考依據(jù)，是武器裝備試驗中，評價裝備性能的重要參數(shù)。

1 目標(biāo)毀傷評估方法

1.1 評估階段

目標(biāo)毀傷評估可分為三個階段。初始為物理性評估，即根據(jù)圖像上提取出的目標(biāo)信息計算目標(biāo)的毀傷度；其次為功能毀傷評估，即在初始評估的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)功能級毀傷進(jìn)行定性定量評估；最后為系統(tǒng)評估，根據(jù)目標(biāo)物理、功能毀傷情況進(jìn)行推斷得到目標(biāo)的系統(tǒng)級毀傷，也是打擊效果評估的最高層次。

1.2 評估方法

1.2.1 圖像變化檢測法

在確保打擊前后目標(biāo)圖像能夠同時存在的情況下，將前后圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，從圖像中提取出目標(biāo)被打擊前后的影像，根據(jù)影像的變化，進(jìn)行毀傷評估。此方法適用于打擊前后圖像背景變化不大，如建筑物、機(jī)場等。

1.2.2 目標(biāo)特征識別法

在沒有辦法對目標(biāo)打擊前圖像進(jìn)行獲取的時候，只能對打擊后圖像進(jìn)行處理，識別出目標(biāo)和毀傷區(qū)域（如彈坑），進(jìn)而評估毀傷效果。根據(jù)圖像上提取的目標(biāo)幾何特征或紋理特征，通過模式識別的方式確定目標(biāo)和毀傷區(qū)域。與基于變化檢測的評估方法相比，該方法虛警率低、運算量少，適用于人工軍事目標(biāo)。

1.2.3 基于專家知識庫的打擊效果評估

基于專家知識庫的打擊效果評估，是結(jié)合先驗知識，在專家知識庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行打擊評估。專家知識庫的主要功能是存儲和管理數(shù)據(jù)。主要包括來自書本上的知識和專家在長期工作實踐中所獲得的經(jīng)驗知識。

2 基于圖像信息的打擊效果評估關(guān)鍵技術(shù)

2.1 圖像配準(zhǔn)技術(shù)

圖像配準(zhǔn)是使用某種算法，基于某種評估標(biāo)準(zhǔn)，將一副或多幅圖片最優(yōu)映射到目標(biāo)圖片上的方法。它是圖像處理領(lǐng)域的一個基本問題。打擊效果評估的準(zhǔn)確度除了依賴圖像質(zhì)量外，圖像配準(zhǔn)也至關(guān)重要。在圖像配準(zhǔn)中，待配準(zhǔn)圖像與參考圖像的變換關(guān)系可通過數(shù)學(xué)模型表示為：

式（1）中：I1（x，y）為參考圖像；I2f（x，y）為待配準(zhǔn)圖像。一般只考慮在二維空間變換，因此，f和g分別表示二維幾何變換和灰度變換。

圖像配準(zhǔn)主要有三種方法，分別是基于灰度信息的方法、基于變換域的方法和基于特征的方法。在打擊效果評估過程中，被打擊目標(biāo)往往造成毀傷過度，使得景象內(nèi)容發(fā)生嚴(yán)重變化。這時需采用人工配準(zhǔn)圖像，即在打擊前后的圖像上選取3 對特征點，求解仿射變換模型。人工配準(zhǔn)能夠大大縮短計算機(jī)搜索匹配過程，提升圖像處理效率。典型的基于圖像信息打擊效果評估結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 典型的基于圖像信息打擊效果評估結(jié)構(gòu)

2.2 目標(biāo)打擊部位特征提取技術(shù)

目標(biāo)被打擊后，整體的特征和關(guān)鍵部位的特征都會發(fā)生變化。通過對被打擊部位的特征提取，可以描述出目標(biāo)被摧毀的位置和摧毀程度。通常情況下，利用紋理、像素灰度特征、幾何特征等來描述目標(biāo)的特征變化情況，另外，彈坑數(shù)量、分布、彈坑大小也可以用于后續(xù)毀傷評估。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜，目標(biāo)在整幅圖像的占比率較小，如果對整幅圖像進(jìn)行變化檢測，將進(jìn)行大量不必要的計算，降低檢測效率，并造成毀傷信息誤提取。而且戰(zhàn)場目標(biāo)多樣，每個目標(biāo)又是一個綜合體，包含了多個關(guān)鍵部位，各個部位的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)各異，致使評估準(zhǔn)則大不相同。因此，有必要在圖像變化檢測之前，進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域檢測并提取各關(guān)鍵部位。

在同一畫幅內(nèi)，包含著人工目標(biāo)和自然目標(biāo)，且大部分軍事目標(biāo)是人工目標(biāo)。人工目標(biāo)和自然目標(biāo)相比，具有更加明顯的幾何直線特征，紋理特征相對簡單。把軍事目標(biāo)按照人工和自然劃分，則一幅圖像可以描述為：

式（2）中：F（x，y）為圖像；R（x，y）為自然背景；Oi（x，y）為人工目標(biāo)。

目前，人造目標(biāo)檢測技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果，但在檢測精度、檢測適應(yīng)性等方面仍存在許多問題。打擊效果評估系統(tǒng)主要針對的是人造目標(biāo)，在關(guān)鍵部位的提取和目標(biāo)區(qū)域的檢測上需要較高的精度，目前的人造目標(biāo)檢測很難達(dá)到這樣的精度要求。

2.3 基于專家系統(tǒng)的打擊效果評估技術(shù)

專家系統(tǒng)在人工智能領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，也是研究熱門度較高的領(lǐng)域。它可以看作是一個具有專門知識和經(jīng)驗的計算機(jī)智能程序系統(tǒng)。將專家系統(tǒng)應(yīng)用于打擊效果評估中，并建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)知識、推理原則等，能夠大大提高評估效率。在知識表達(dá)上，主要依據(jù)目標(biāo)的類型，建立關(guān)鍵部位的語義知識，并根據(jù)目標(biāo)關(guān)鍵部位毀傷對目標(biāo)功能影響程度，建立目標(biāo)功能毀傷評估數(shù)據(jù)庫，如圖2 所示。

圖2 毀傷評估數(shù)據(jù)庫

3 存在的問題

3.1 信息采集困難

為確保打擊效果評估的逼真度，最直接、最準(zhǔn)確的方法就是用實彈去采集評估信息，但消耗的成本高。同時也會受到場地、人員等各種各樣的限制，提升數(shù)據(jù)采集難度，影響研究進(jìn)度。因此，依托仿真模擬手段是實現(xiàn)高效率、低消耗打擊效果評估的必然趨勢。打擊效果的仿真模擬研究主要有兩種方法：①建模法。在已有的試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，根據(jù)目標(biāo)屬性和武器殺傷力建立毀傷模型。此方法復(fù)雜程度高，耗費人力物力較大。②圖像法。依托目標(biāo)毀傷效果與圖像灰度之間的關(guān)系，直接在圖像上分析得出毀傷后的圖像。這種方法簡單易操作，但真實度不高。

3.2 圖像處理復(fù)雜

基于圖像的打擊效果評估需通過多種圖像處理技術(shù)才能實現(xiàn)。每種技術(shù)對應(yīng)不同的算法，每種算法都有其對應(yīng)的適用條件。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，目標(biāo)往往呈現(xiàn)綜合性，一個打擊目標(biāo)，存在多個關(guān)鍵部位，各個關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)、特征都不同，在設(shè)計和選取合適的算法是打擊效果評估中的難點。例如，基于專家知識庫的打擊效果評估方法中，模板匹配的精度影響著評估結(jié)果，但是模板匹配只能平移，不能進(jìn)行圖像旋轉(zhuǎn)和縮放，這就給圖像處理上增加了很大的工作量，同時多種圖像處理方法的疊加，也降低了圖像的準(zhǔn)確度。

3.3 模型有待完善

評估模型是在對目標(biāo)特性和武器性能都深入了解的基礎(chǔ)上建立的。不同的目標(biāo)具有不同的打擊效果評估模型，且模型與模型之間不具有通用性。隨著武器裝備性能不斷提升，打擊效果評估模型也需要隨之更新。在評估標(biāo)準(zhǔn)和評估指標(biāo)的制定上，要及時更新才能準(zhǔn)確反映目標(biāo)的毀傷情況。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一

截至目前為止，中國在武器裝備作戰(zhàn)毀傷效能方面尚沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)路線，在戰(zhàn)場環(huán)境、目標(biāo)易損性、武器裝備殺傷力等方面的數(shù)據(jù)庫不夠完善。面向高技術(shù)未來戰(zhàn)爭，毀傷評估將向多功能、定量化方向發(fā)展，更加需要一個統(tǒng)一的評估標(biāo)準(zhǔn)衡量武器裝備的毀傷效能。

4 結(jié)語

目標(biāo)打擊效果評估研究是一項綜合性研究，涉及多個領(lǐng)域。近年來，中國在毀傷評估方面取得了一定的科研成果，但目標(biāo)毀傷仿真、毀傷數(shù)據(jù)庫建立、毀傷評估標(biāo)準(zhǔn)制定等方面仍存在短板。開展基于圖像的打擊效果評估研究對提升武器裝備精確打擊能力有著積極作用，對中國武器裝備的研發(fā)具有重大意義。