坦克熱成像那些重要的和不重要的事
說到坦克熱成像,某些游戲群體的人可就精神了,畢竟在某個游戲影響下,大家都知道熱成像對于坦克來說有多么重要了。但是說到最后,坦克熱成像是怎么一回事,卻又都語焉不詳,以至于某些正規(guī)媒體人能說出三個低分辨率探測元件等不知所謂的言辭,這都快比不過營銷號了。
本文不對原理做過多闡述,有興趣的可以去找相關(guān)書籍去看。
首先我們先來看一下熱成像是如何分代了,這里暫且先引用一下美國陸軍在1997年的分法:

事實上我們知道,這個分法其實是比較貼合美軍自己的產(chǎn)品的,比如480×4為二代,680×480為三代,實際上比較通用的方法就是一代為單元或多元探測器,二代為掃描紅外焦平面探測器,三代為凝視型焦平面探測器。為了防止凝視型探測元數(shù)量過少以至于可能還比不過掃描焦平面的情況,有些時候會以m×n(m,n≥128)為標(biāo)準(zhǔn)。不過有些地方的分法也不都是如此,比如有的書里就把掃描型統(tǒng)統(tǒng)歸為一代,凝視型為二代,有的把非制冷焦平面歸為四代,有的把較大規(guī)模的二代,比如576×4的歸為三代,在這還是取比較通用的方法,當(dāng)然如果想嚴(yán)謹(jǐn),可以直接說原理。
有些時候會出現(xiàn)1.5代來表示240×4這類的,看看就行,這類表述不太常見,多用于自家產(chǎn)品區(qū)分。
一代熱成像
一代熱成像,需要復(fù)雜的光機掃描,而掃描有三種方法:并掃,串掃,串并掃。

并掃串掃各有優(yōu)缺點,不過相對來說串并掃在當(dāng)時看來更有優(yōu)勢。
美國在1972年首先明確將Texas儀器公司的并掃體制作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),并以不同的前透鏡與通用組件組合以適應(yīng)不同場景下的應(yīng)用。性能如下:


自此,60元,120元就成了西方不少坦克的熱成像參數(shù),比如美國的AN/VSG-2,AN/VSG-X,西德的WBG-X,均使用了120元通用組件,在2:1的隔行掃描后,輸出240行的分辨率。




當(dāng)然也有使用60元的,意大利的VTG120就是使用60元通用組件的熱成像,使用在了早期公羊上的TRUMS-T火控上面。通過改進光機掃描機構(gòu)也可以輸出240行。
同時蘇聯(lián)/俄羅斯在第一次給T80UM使用的AGAVA-2也是并掃,不過是128元,因此輸出的是256行。

串掃在坦克上比較少見,主要是串掃需要的掃描速度高,不容易實現(xiàn),并且美國確定了并掃作為主要體制,大部分西方國家也進行了跟隨。以色列的坦克使用了串掃體制的熱成像。

(這個我并未找到國外資料作證,望求證)
串并掃在英法坦克上常見,其中英國走了掃積型(sprite)探測器的路子,比如IR18,TICMⅡ。法國則是使用了二維矩陣5×11元的SMT通用組件。各有在己方坦克上使用,比如TICMⅡ使用在了挑戰(zhàn)者1的TOGS上,SMT通用組件使用在了HL60炮手瞄具和Numat熱成像瞄具里的ATHOS熱成像上面。
題外話:中國選擇了掃積型探測器的路子作為中國第一代二類通用組件,因此也簡稱為CNTICMⅡ。


8條掃積型(sprite)探測器的輸出紅外行在512行左右,使用了TICMⅡ的SABCA的VEGA火控里使用的熱成像也是這個水平:

而使用SMT通用組件的Athos熱成像則是指標(biāo)超過500條紅外行,每行400像素。


實際上,如果我們光對比對坦克的探測和識別距離的話,法國的5×11元好過美國的120元,因此不能簡單的將探測元數(shù)量與性能掛鉤,尤其是在一代熱成像上。這個問題在下面的非制冷熱成像像也會提及。
二代熱成像
得益于紅外焦平面技術(shù)的發(fā)展,在一個探測器上集成幾千乃至幾萬甚至幾十萬幾百萬的探測元已經(jīng)不再是技術(shù)難題,只不過礙于技術(shù)以及資金的限制,使用簡單光機掃描的二代熱成像直到今天依舊有一席之地。接下來總結(jié)幾個比較典型的二代熱成像:
96×4元的德國OPHELIOS熱成像:

OPHELIOS-P使用在了德國豹2A5/6的車長周視鏡上,輸出784×576像素。

288×4元的法國熱成像
凱瑟琳FC,凱瑟琳GP,薩基姆 IRIS均使用了288×4元焦平面探測器,以IRIS的性能為例:

如同OPHELIOS-P和OPHELIOS一樣,雖然每行的像素略有不同,但行數(shù)都是576,比如96×4的OPHELIOS就使用了6面掃描鏡,使得輸出的行數(shù)依舊是576。
中國也引進了法國288×4元作為自己的二代熱成像研發(fā)基礎(chǔ)。
由于俄羅斯的經(jīng)濟問題,以及各種機緣巧合,在自研的坦克熱成像上,也選擇了288×4的道路,比如Irbis-K就使用了288×4的規(guī)格。

但是在俄羅斯大規(guī)模裝備的T72B3上,直到2014年前,依舊是大規(guī)模使用凱瑟琳FC,這或許是和白俄羅斯佩倫的松樹U里的搭配有關(guān),但更多的還是俄羅斯自身產(chǎn)業(yè)化的問題。不過這個話題就扯遠了。不過可以明確一點,在90年代末,俄羅斯的應(yīng)用物理研究所已經(jīng)可以研發(fā)出256×2,4×128這樣的產(chǎn)品了。在00年代初,也有384×288的產(chǎn)品,因此俄羅斯的問題與其說是研發(fā)問題,不如說是產(chǎn)業(yè)化的問題。
美國確立480×4作為坦克熱成像的時間比較早,1997年4月就下發(fā)了合同,到M1A2SEP,就將二代熱成像裝上了車,使用在了車長周視鏡和炮手火控里,與其他2:1隔行掃描的不同,在SEP上,車長使用的480×4的分辨率是1316×480,可見并未隔行掃描。


以色列的梅卡瓦4也使用了480×4的規(guī)格

而相對的240×4也有不少使用。比如使用在土耳其Volkan火控系統(tǒng)里的熱成像,使用在了CPS-1車長周視鏡的熱成像里,以及改進K1炮長火控的熱成像上



第三代熱成像:
凝視型熱成像不需要光機掃描就可以成像,省略了很大一塊機構(gòu),在可靠性上有優(yōu)勢,而且即使出現(xiàn)了盲元,也不至于少一行甚至幾行的問題,在現(xiàn)如今在坦克裝甲車上使用凝視型熱成像已成為趨勢。
接下來舉幾個例子:



三代ATTICA熱成像使用在了豹2A7,A7V,A6A3,A6MA3上面。以此可以看出,ATTICA-P使用微掃描,384×288元輸出768×576像素分辨率。
由于某事讓人矚目的FEM18M-03紅外焦平面探測器,使用在了TPK-K上面。


當(dāng)然俄羅斯人想搞640×512也是由來已久了,比如在AGAT-MDT上使用320×240的時候,就盤算著要換640×512了。

波蘭的KLW-1 ASTERIA熱成像也是三代熱成像,使用在了豹2PL,以及改進T72M1等項目上。

非制冷熱成像
雖然一般說來非制冷熱成像是凝視的居多,在早期也一般是用于駕駛員熱成像上(因為靈敏度不夠高,不過隨著技術(shù)發(fā)展,也可以做到制冷二代的水平了),不過也是有些例外,俄羅斯的航空-模塊熱成像就是使用了256×2以及288×4的非制冷,雖然這非常讓人費解。
目前使用非制冷熱成像的坦克多是使用在駕駛員上,也有的使用在炮手火控上,各舉點例子:



使用在坦克火控上的1PN96MT

SERVAL-1-49-23


OPGAL的TPN升級


就不一一舉例了。
以下是一些問題:
?掃積型(sprite)探測器是英國人獨有的路子嗎?
不是,很多國家也都有掃積型探測器的熱成像產(chǎn)品,就算拿俄羅斯舉例,也有使用掃積型探測器的1PN80熱成像。
?一類通用組件,二類通用組件是什么?

?坦克火控的熱成像可以換嗎?
當(dāng)然在一個坦克火控里熱成像是可以換的,也有的時候熱成像名字看起來一樣,但其實內(nèi)在也有變動,這點上舉幾個例子:


這個是HIRE,是60元,性能是

這是二代HIRE

是240×4元,性能是

當(dāng)看到HIRE的時候要注意一下,不要搞錯。
?熱成像性能里的探測,識別,認清指的是什么?
這是約翰遜準(zhǔn)則里的內(nèi)容

目前的北約標(biāo)準(zhǔn)是這樣的:


2.3×2.3米的目標(biāo),與背景溫差在2℃,探測,識別,認清在1行,3行,6行。
俄羅斯的標(biāo)準(zhǔn)是目標(biāo)與背景溫差在1.5℃,其余不詳。
中文論文里對凱瑟琳FC做的標(biāo)準(zhǔn)是目標(biāo)與背景溫差在6℃

?熱成像對坦克重要嗎?
現(xiàn)在已經(jīng)是標(biāo)配,沒有都不好意思出門,但與此同時無人機的廣泛使用又將態(tài)勢感知拉到了新高度,以至于熱成像的作用又相對來說下降了點。
?熱成像分代真如戰(zhàn)爭雷霆那樣靠分辨率區(qū)分嗎?
即使是一代熱成像也有像使用了TICMⅡ的SABCA公司的VEGA火控那樣的8條掃積型探測器輸出790×512的高分辨率產(chǎn)品,即使是三代熱成像也有凱瑟琳XP那樣384×288元輸出分辨率768×576像素比OPHELIOS-P的96×4元輸出784×676像素還差那么一小小點的產(chǎn)品,這個分法只是對簡化游戲機制(大噓)有用,對理解現(xiàn)實無用。
?59D的“簡易熱成像”真的比T90M的熱成像好嗎?
59D的簡易熱成像最早可能來自于一則將32元紅外探測器組件使用在T59坦克上的報道,實際上就算有,相信有點了解的人都會直到這代表了什么,連并掃一代里探測元數(shù)目都算少的可憐的。

?手持熱成像可以在坦克裝甲車上用嗎?
有類似的例子:

MATIS熱成像有手持版本,也有電視版本,使用在SANOTE-2熱成像改進上。

?為什么英國人的挑戰(zhàn)者2的熱成像在炮管上?
先明確說明這對夜間射擊是不利的,熱成像跟著炮管穩(wěn)定意味著移動射擊精度很低。但說到底,這是當(dāng)初英國人為了提高性能擴大物鏡面積才選的望遠式瞄具而不是其他大多數(shù)國家的潛望式瞄具(當(dāng)然也有潛望鏡前窗面積大容易受打擊的想法,不過前窗被打了頂多換個鏡子,物鏡被打了整個熱成像都要換,并不知道當(dāng)時是個什么逆天腦回路)。結(jié)果這個祖宗之法居然一直用到了現(xiàn)在,只能說實在是英國人特有的腦回路。
當(dāng)然這也為英國人在挑戰(zhàn)者1上使用的TOGS帶來了當(dāng)時良好的性能。

?為什么俄羅斯人要用中國的紅外焦平面探測器?
以前的俄羅斯人并不在乎這個東西是不是全部國產(chǎn)化,法國的熱成像買了就買了,買不到了就買中國的,還買韓國的,我甚至感覺要不是要點臉爭口氣他們干脆就這么擺下去了,畢竟考慮到各種因素自產(chǎn)實際上會比進口中國貨要貴,雖然自己有技術(shù),但要大規(guī)模生產(chǎn),還要解決盲元率又是另一回事,這倒頗有種圓珠筆筆尖的故事。
?在網(wǎng)絡(luò)上看到了中國????×????的焦平面探測器,是不是就意味著我們國家的坦克也用了這個?
目前來看是夠用就行,甚至有不要車長周視鏡的熱成像的99A以及想方設(shè)法把二代熱成像的性能再砍一砍到一代熱成像的水平的96B,只能說不要對這件事太期待。
最后就是不要太對熱成像的探測識別認清或是劃代上太上頭,實際上非常沒有意義,且不說戰(zhàn)場環(huán)境,就是目前的軍迷們都在說這個信息化,那個信息化的,又是聯(lián)合作戰(zhàn)啥啥啥的頭頭是道,怎么這會又只迷信坦克上的觀瞄設(shè)備呢?放輕松就好。