小编： 在数字化的战场上，士兵与特遣队日益依赖于一个健全的、可靠的、安全的图像和视频情报基础设施
在数字化的战场上，士兵与特遣队日益依赖于一个健全的、可靠的、安全的图像和视频情报基础设施。
各式各样的传感器遍及当前数字化战场——在陆地、空中和海洋——收集视频情报，这些情报对于战士安全或特遣队成功完成任务至关重要。军事决策者、战士和特遣队日益依赖于视频和图像情报，以及战场上负责获取、处理、存储、保护和传输数据的电子基础设施。
迈克尔斯蒂尔表示：“安全地利用视频监控系统，迅速精确地获取情报信息是一个巨大的挑战，”他是英伟达公司（Nvidia Corporation）的战略联盟高级管理人员，他说：“当前，不断增长的视频和图像数据也给分析者带来一个巨大的难题，即要求他们必须以一种及时、恰当、准确的方式提供有效的态势感知。
“这种需求对军事情报机构的要求非常苛刻，考虑到需要回顾数小时的视频和图像信息，采用多种方法来强化图像效果，反复检测和辨别各种相关目标，提供检测到的变化信息，以及用于深入分析的地理空间标签和数据，”斯蒂尔继续解释道。“让一个分析者来观察和辨别如此宏大的地理空间信息几乎是不可能的——这也意味着真正可行的情报获取时机正在常规信息处理中错失了。”
美国国家地理空间情报局（National Geospatial-Intelligence Agency），作为美国国防部（DOD）的战斗支援机构，并作为美国情报界的重要组成部分，存储着长达30多万分钟的运动图像。国家地理空间情报局主任巴里巴洛在2011年全国广播电视协会（National Association of Broadcasters Show）年会上的讲话中认为全动态视频（FMV）是国防部的一个顶级优先发展项目，并是一种重要的战争能力。
“军事地理情报界当前的主流趋势是全动态视频，但它需要强大的基础设施来采集、存储和分析信息，并进行高带宽和低迟延的传输”Ching Hu说，他是赛灵思公司（Xilinx）航空航天与防卫分公司的航空电子系统建筑主任。军事航空领域的科技公司密切关注全动态视频这一趋势，期待为其提供技术支持。
斯蒂尔表示军用航空器对视频的需求在持续增加。“自2007年以来，现有的空中战斗巡逻机增加了300%，新飞行平台的数量呈指数级增长，安装在每个飞行平台的照相机/传感器也随之迅猛增长。捕食者（Predator）无人机仅安装一个相机，新的戈耳戈凝视（Gorgon Stare）系统安装了9个摄像头，而第二代系统将会达到有36个。”
“在不久的将来，我们将发现自己在传感器世界中畅游，并最终溺死在数据的海洋里”David A. Deptula中将警告说，他是美国空军首位负责情报、监视与侦察（ISR）的副总参谋长。拉里谢弗（Larry Schaffer）是通用公司智能平台的应用图像处理商业区副主管，他与David A. Deptula 看法相同，他指出：“在战场上多频段、视频传感器的过剩量很大，这既是幸运的又是不幸的”。
从海量的无用视频中筛选出有用视频非常重要，这一过程也包含了图像处理，拉里谢弗解释说。图像处理的基本过程是：从普通环境中发现一些值得关注的特征或活动，提高这些特征和活动的图像质量，紧接着进一步深入分析这些特征和活动的源数据，进而将这些特征和活动的相关综合分析结果以及丰富的数据包提供给观察人员，他说：“通过这种方式，决策过程——从发现值得关注对象到采取有效行动——大大缩短了”。所有这一切行动都需要大量的数据处理、实时分析和地理空间情报，斯蒂尔说。“考虑到当前工作需要，结合美国政府的军事预算到2030年将削减4200亿美元紧缩趋势，解决的办法就是采用功能更强大、价格更便宜的自动化系统。这就是现代图形处理器（graphics processing units）为专业可视化和大规模并行计算处理功能开始发挥重要作用的地方。”
在空中、海下和地面部署大量的无人机和无人战车，携带光电有效载荷完成情报、监视和侦察任务。他们提供详细视频的数据流，经常需要经过多次处理才被视为可用的情报——正是基于这些有价值的数据来进行决策判断和任务规划。例如，从无人机（UAVs)获取的图像信息在进行有效地阅读和分析之前需要进行筛选、稳固和增强。
“仅仅使用中央处理器(CPUs)，实现实时信息观察这一过程需要花费太多时间，这将导致产生潜在的过时情报信息，进而产生错误的军事行动指令，”英伟达公司的一名发言人担忧地说。为此，先进的图像处理软件，诸如Motion DSP公司研发的Ikena ISR软件，它研发的目的正是提高图形处理器（GPU）功能。Ikena ISR软件的计算速度和运动跟踪算法通过简化细节、提高分辨率和降低噪音来修改视频。
复杂视频的后期处理算法还需要有效侦察，使用中央处理器仅仅处理1小时的视频信息将需要花费4～6小时——这种方法并不可行，因为实时的结果至关重要，一位英伟达公司的代表说。Tesla GPUs结合Ikena ISR软件来降低时间迟延，并在可装在战车上的标准小型工作站来进行实时图像处理。
“图形处理器可以为所有的ISR平台带来较好的视频效果，包括小型的无人机。我们通过引进基于COTS计算机技术的先进图像处理软件来增强这些平台的功能，”肖恩瓦拉解释说，他是Motion DSP公司的首席执行官。
自动化在有效进行视频与图像分析中也发挥着重要作用，可以帮助那些经常淹没在数据海洋中的操作员不错过每个重要细节。IntuVision公司开发的Panoptes软件，利用Nvidia Tesla GPUs能够快速、准确地评估大量的视频信息，人工操作被证明是非常费时的。
“随着并行计算技术的引进，我们已经提高了图形处理器的计算功能来开发帮助人们分析极其复杂的视频环境产品，”Sadiye Guler博士说，他是IntuVision公司的创始人、总裁。Panoptes软件被用来分析安装在陆基监视系统上的塔顶相机所拍摄的视频，这种陆基监视系统是专门为海军陆战队远征部队开发的。
现代战争模式已转为城市作战，更加注重通过精确打击来减少非战斗伤亡。“精确情报是成功实施精确打击的关键，”Ching Hu说。“军事精确打击行动趋势，以及现代飞机依靠高速、可靠的车载网络来采集传感器数据和机电一体化控制的趋势，都增加了军事航空对视频/图像相关产品和服务的需求。”
采取现场可编程门阵列（FPGAs）来满足系统低功耗、高速并行处理和安全传输的需要——这些都是当前精确打击军事行动所必备的要素。“现场可编程门阵列非常适合并行处理，是一个更加高效的海量数据处理模型。”Ching Hu表示说。
Xilinx FPGAs为联合攻击战斗机（JSF）提供了具备机载处理器和网络的任务计算机、光电瞄准系统以及其他处理密集综合模块化航空电子系统（IMA）。“联合攻击战斗机的飞行传感器真正达到了前所未有的先进程度，该飞机可以从所有的机载传感器中获取360度的态势感知，这就需要一个广泛网络来传输数据，包括机载的和远程的，”Ching Hu说“FPGA在ISR和视频中的应用正在迅速增长，并将持续快速增长。”除了联合攻击战斗机，Xilinx FPGAs还被应用到“捕食者”无人机、导弹和炮弹、卫星和通信网络，包括手持式、背负式、车载式和固定点战术无线电台。
“FPGAs本质上具有并行处理能力，在同等条件下执行同等任务的功耗较低，”Ching Hu介绍说。“Xilinx FPGAs具有动态局部重构功能，这意味着终端用户可以在一个位置存储多个不同的功能/特性/算法，然后根据需要将它们加载并执行——这样有效地减少了终端装置的尺寸、重量、功耗和成本（SWAP-C）。此外，通过引入FPGAs，传统用于网络设备的低带宽铜线可能会换为光纤，极大地减少了线缆重量。”
一个光电/红外（EO/IR）成像吊舱，例如安装在较大的无人机上，采用Xilinx FPGA——典型的高端Xilinx Virtex-5和Xilinx Virtex-6设备——例如降噪数字信号处理（DSP）和实时图像转换处理。“一些用于密集数字信号处理的光电/红外设备在设计上采用了Virtex-6 SXT装置，其他用于大规模并行逻辑运算的光电/红外设备在设计上采用了Virtex-6 LXT装置，”Ching Hu解释说。他说：“Xilinx FPGAs还应用于成孔径雷达（SAR）成像系统，用于大规模并行处理和数字信号处理，该雷达通常安装在大型飞机、无人机或卫星上。
按照斯蒂尔的说法，视频是当前士兵手中掌握的最宝贵资源。“士兵基于稀疏的数据信息无法进行有根据的推测，但他还必须搞清楚。”军事决策非常依靠视频信息，Dan Veenstra是通用公司智能平台（GE Intelligent Platforms）的传感器处理业务部门经理，他担忧地说：“视频传感器(例如，照相机)产生的大量数据形成了一个新挑战，因为它可以很容易淹没现有的通讯基础设施，并消耗大量的存储空间。
极度依赖视频资源推动了对可靠的信息采集、传输、处理与安全的网络和存储设施相结合的需要。“通用公司智能平台一直致力于为大型视频负载研发高速的、光纤的、基于以太网传输、交换和处理的应用软件，诸如360度分布孔径传感器/态势感知（DAS/SA）系统，”斯蒂尔说。GE-IP公司的SBC324、GRA111、GFG500多芯和多核处理器，结合通用研究中心的实时视频分析算法，旨在为战士提供“前所未有的视频开发能力”，并简化决策周期。
对于显示和存储，GE-IP公司的ICS8580转换/压缩板和GFG500千兆以太网、64核视频处理器板可以满足高速、视频无损压缩和基于以太网传输视频的需要。
美国宇航局德莱顿飞行研究中心（NASA Dryden Flight Research Center）和美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）部署“全球鹰”无人机——设计的空中滞空时间更长、覆盖面积更广，并比同类飞机能记录更加完整的数据。美国宇航局的“全球鹰”无人机的传感器有效载荷为研究小组提供了关键信息。美国宇航局的工程师为无人机安装了GE-IP公司的ICS-8580视频压缩装置，从机载传感器采集高带宽、高清晰度视频流，压缩数据，并使视频信息通过1条通信链路传输到地面站用于观察和分析，忽略了对图像质量的影响。
托德普罗蒂表示：当前对全运动视频分析的需求至少要求计算性能超过笔记本电脑；然而，未来最捷径的方式是在战场上配置非固定型或半加固型的设备。托德普罗蒂是水晶集团有限公司的业务开发经理。“军方期待更小、更轻、更便携的系统，足以能够在信息采集时支持信息实时获取。”托德普罗蒂在水晶集团注意到那些设备齐全的、前沿部署的系统可以将多种类型的传感器数据融入到一个单一分析站来提高战场空间态势感知的这种需求在增加。
机载站、地面固定站和车载站对计算能力和图形处理的需求都在持续增加。“当前的系统利用组合数据存储/图像处理产品配置为4.8万亿次浮点运算联合处理和问询，”托德普罗蒂解释到。水晶集团已完成了一个地面站系统，合并了一个数据接收器、RS112和RS378L24服务器，一个大型的RSS639磁盘簇（JBOD），一个RCS3750G-24TS网络交换机和一个RD2119显示器。“客户需要一个可行的解决方案，可以从一个机载传感器上采集数据，具有数据处理和显示功能，并暂时储存到一个存储空间为78T的磁盘簇中，”托德普罗蒂解释说。水晶集团已经在某项军事航空项目中部署了他们的RS255固定型服务器来进行图像采集和数据存储，该项目最初考虑配置商业服务器。反复权衡项目需求与水晶集团服务器的性能、特征和环境特性，“他们最终决定采取低风险方法，”托德普罗蒂回忆说。“在整个开发过程中，几个方案也采用了RS47FL24固定型服务器和七个PCIe 2.0扩展槽，这样能够与多倍数据采集、数据传输和图像处理的COTS卡配置在一起。”
“由于数字化战场环境发生了变化，同步通讯协议和软件平台的功能以及可靠简单的用户界面对于军事行动的成功至关重要，”Michael Woolstrum说，他是国际触控有限公司（Touch International-TI）的首席执行官（CEO）。
具有触摸功能的嵌入式计算机和显示器可以保证快速、高效的数据交互。“国际触控公司的触摸屏能够满足交互式显示、危机处置和救生功能的需要，例如电磁干扰（EMI）屏蔽、夜视兼容以及可以在寒冷气候和恶劣环境下正常工作的液晶热水器。
“战场对简化和统一用户界面的需求几乎呈指数增长，”Woolstrum解释说。“军方将继续为应用软件采取交互式显示器，这些应用软件范围从手持GPS设备到中央司令部所使用的大屏显示器。”国际触控公司的触摸屏/过滤器/热水器的显示技术方案已经在各种不同军用车辆中得到了应用。
同样，数字系统工程公司（Digital Systems Engineering）研发的IP67/NEMA-rated MSM08V监视器，作为一款固定型视频显示器部署在各种无人机控制站上。该显示器在极端温度、灰尘、沙子或大雨气候中稳定工作，该显示器具有三路合成视频输入，同时容纳多个视频源。“数字系统工程的先进LED背光显示和夜视技术可以在任何光线条件下从无人机传感器获取清晰、高分辨率的图像，”Doug Hladek说，他是数字系统工程公司的业务开发经理。
显示系统在战场环境中所面临的挑战非常严峻，需要高亮度和具有良好动态范围的对比度，能够在多种军事环境中显示多频段的、彩色的、详实的传感器数据，Anthony McQuiggan解释说，他是柯蒂斯-莱特控制嵌入式计算公司（Curtiss-Wright Controls Embedded Computing）的首席技术官。例如，夜视技术的兼容性就是战场环境中显示部署需求逐渐增多的一个例子。
“当前的显示器，例如柯蒂斯-莱特公司的显示器，包括硬触摸屏和多个LED光源，可以在日光和星光条件下为空中和地面车辆提供最优化的高亮度、高对比度的数据显示，”McQuiggan说。“他们可以提供全彩色显示的地图和告警信息，同时与夜视仪保持较好的兼容性，因此护目镜与显示器可同时工作而互不影响。”
与先前系统中所采用的传统模拟技术相比，随着数字视频资源的引入，战场视频的复杂性与月剧增，McQuiggan说。“机载平台、地面移动车辆以及单兵对移动视频信号的需求需要压缩，”他说。“采用综合压缩技术，实现视频的近无损压缩与传输，是对这些设备所用应用程序的一种挑战。”换句线度态势传感器和从这些传感器采集的综合图像形成一个无缝的、360度角的、高分辨率的视野，这势必会增加存储、分发和图像处理的需求。柯蒂斯-莱特公司产品采用高速GPGPUs，使安装在地面和空中平台上小型处理模块可以实现360度角的协调和显示功能。
“科学技术与当前需求增长几乎保持同步，追求更高分辨率、更快刷新率，并有能力实时处理大量数据，而且能够从自动图像处理中提取目标特征和内容，从而减轻操作人员的工作量，”McQuiggan继续说。“我们所面临的挑战就是要将前所未有的处理功能压缩在一个小环境中。柯蒂斯-莱特公司推出了一些解决方案，容许在高振动和严格要求的汽车平台上实现紧缩包装和高密度处理。”柯蒂斯-莱特公司目前正在将视频分发及管理系统安装到美国陆军国民警卫队飞机，还安装在为UH-72直升机项目研发的美国陆军轻型多用途飞机上。“这些系统为操作者提供了一个优化的、友好的人机界面，容许他们能够在实时环境中选择、操作、传输视频并执行任务”McQuiggan说。
“随着材料技术的不断创新，从阳光偏光器，到牢不可破的玻璃和防刮塑料，军事成像设备将继续取得进步，朝着高可靠性、全能性和安全性方向发展，”Woolstrum说。然而，“如果当前友好用户界面的安全显示系统没有及时跟进，军事系统将可能受到影响。这种风险就是：如果军事系统更换安全显示系统过于迟缓，非安全的、随机的通信技术（商业智能手机和平板手机）可能被应用，可能在不经意间危害军事人员。”
谢弗说，今天的战士学习新技术的速度比以往任何时候都快，但是技术创新的速度更快。“当前一个的完整系统究竟用什么来准备为安装平台寻找一个长期的、实用的配置途径？尺寸、重量、功耗和成本低；开源软件；功能强大，编程简单和用户界面简单；可以在现有的基础设施上开发新功能——所有这些都是通用公司为缩短从技术创新到形成作战能力所采取的措施。
普罗蒂说：“航空市场特别看好采用坚固耐用的COTS来获得所需的功能，在当前和不久的将来，该应用程序将为终端用户提供更佳的服务”。“投资一个解决方案的项目需要等待18至36个月才能投入全速生产，这将面临两大风险：处理性能的局限性和技术过时，”他提醒说。
“战场对于实时、高分辨率成像系统的需求在不断增长，对应用范围、车辆类型和需求变得日趋多样，”McQuiggan解释说。柯蒂斯-莱特控制嵌入式计算公司已经做出了响应，他们专门成立了一个新项目组，旨在满足战场视频显示系统的大容量、快速存储、快速分发和图像处理需求。
当前市场正处于一个非常快速的“需求增长”阶段，普罗蒂强调说。“即使该软件成熟，我们希望它继续推动多重迭代技术改进。”
Veenstra说：“军事航空应用中存在着一种对视频压缩产品更小、更轻、更快的需求推动，”“我希望该产品能够朝着两个方向发展：小型方向，充分发挥增加的处理功能优势；标准方向，可以支持越来越多的同步数据流。”
斯蒂尔预测图形处理器在军事航空的图形需求中将会拥有一个美好的未来。“未来视频和图像数据将呈指数增长，视频和图像的快速分析对情报机构仍将是一个巨大挑战。未来的解决方案必须实现自动化和大规模并行处理。我们将会看到图形处理器可以操作各种各样的视频、图像和地理空间情报处理与分析。”
Schaffer断言：“带宽、处理器速度、功耗、尺寸、快速发展——这些都将是挑战，”“要想满足这些需求就需要采取一种联合方案，并深入理解视频和图像处理在战场中究竟如何使用。”知远/欣喜
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