高新技術(shù)在安防監(jiān)控中的應(yīng)用

    隨著光電信息、微電子、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字視頻、多媒體技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，安防監(jiān)控已由傳統(tǒng)的模擬走向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。由于數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、失真小、傳輸不受距離限制、易于存儲(chǔ)和查詢等等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字視頻技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

    圖像的數(shù)字化首先是將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由此從根本上解決了數(shù)據(jù)的壓縮問(wèn)題，并能夠與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，打破了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控受區(qū)域和距離的限制，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字視頻監(jiān)控與安防系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)間的無(wú)縫連接，能在統(tǒng)一的操作管理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、存儲(chǔ)、控制和管理，實(shí)現(xiàn)信息資源和軟硬件資源的共享。

    下面簡(jiǎn)要地介紹紅外熱成像技術(shù)、數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在安全防范系統(tǒng)中的應(yīng)用。

    紅外熱成像技術(shù)

    紅外熱成像

    人眼能夠感受到的可見(jiàn)光波長(zhǎng)為0.38-0.78微米。通常將比0.78微米長(zhǎng)的電磁波，稱為紅外線。自然界中，一切物體都會(huì)輻射不同波長(zhǎng)的紅外線，因此能夠利用特制的探測(cè)設(shè)備分別檢測(cè)出監(jiān)控目標(biāo)本身和背景之間的紅外線波長(zhǎng)，從而可以得到不同的紅外圖像，這紅外圖像稱為熱圖像。

    同一目標(biāo)的熱圖像和可見(jiàn)光圖像是不同的，熱圖像是目標(biāo)表面溫度分布圖，或者說(shuō)，紅外熱圖像是人眼不能直接看到的目標(biāo)表面溫度分布圖，只有通過(guò)專門的設(shè)備才能轉(zhuǎn)換成人眼可以看到的、表徵目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。

    紅外熱成像特點(diǎn)

    自然界所有溫度在絕對(duì)零度（-273℃）以上的物體，都會(huì)發(fā)出紅外線，紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3-5微米和8-14微米的紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。我們利用這兩個(gè)窗口，可以在完全無(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的惡劣環(huán)境，能夠清晰地觀察到前方的情況。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，紅外熱成像技術(shù)可用在安全防范的夜間監(jiān)視和森林防火監(jiān)控系統(tǒng)中。

    紅外熱成像儀

    采用紅外熱成像技術(shù)，探測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設(shè)備被稱為紅外熱成像儀。紅外熱成像儀可分為致冷型和非致冷型兩大類。致冷型的熱靈敏度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般用于軍事用途,而非致冷型靈敏度雖低于致冷型，但其性能已可以滿足多數(shù)軍事用途和幾乎所有的民用領(lǐng)域。由于不需要配備制冷裝置，因此非制冷紅外熱成像儀可靠性及性價(jià)比較致冷型的高。

    紅外熱成像儀的應(yīng)用

    1、夜間及惡劣氣候條件下的目標(biāo)監(jiān)控

    夜晚，需可見(jiàn)光工作的設(shè)備已經(jīng)不能正常工作，如果采用人工照明，則容易暴露目標(biāo)。若采用微光夜視設(shè)備，它同樣也工作在可見(jiàn)光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無(wú)論白天黑夜均可以正常工作，并且也不會(huì)暴露自己。同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)短，克服障礙的能力差，因而觀測(cè)效果差，但紅外線的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，特別是工作在8-14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較強(qiáng)，因此在夜間以及惡劣氣候條件，采用紅外熱成像監(jiān)控設(shè)備仍可以正常地對(duì)各種目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。

    2、防火監(jiān)控

    由于紅外熱成像儀是反映物體表面溫度而成像的設(shè)備，因此除了夜間可以作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報(bào)警設(shè)備，在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。而應(yīng)用紅外熱成像儀可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，并且可以準(zhǔn)確判定火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，透過(guò)煙霧發(fā)現(xiàn)著火點(diǎn)，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。

    3、偽裝及隱蔽目標(biāo)的識(shí)別

    偽裝是以防可見(jiàn)光觀測(cè)為主，犯罪分子作案時(shí)通常會(huì)隱蔽在草叢及樹(shù)林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，因此不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。

    數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)
   
    模擬視頻監(jiān)控發(fā)展至今已無(wú)法滿足人們的更高要求，數(shù)字化是必由之路。數(shù)字化是進(jìn)行壓縮和圖像處理的前提。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字處理、編解碼和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能較好地克服模擬系統(tǒng)的局限性，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：圖像數(shù)字化后可在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，不受距離限制，不易受干擾，可以大幅提高圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性。其次，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須重復(fù)布線。再次，數(shù)字化存儲(chǔ)成為可能，經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢方便快捷。 

     數(shù)字視頻監(jiān)控的兩大關(guān)鍵技術(shù)

    一是視頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮。視頻圖像的信息量是巨大的，例如一幅640×480中分辨度的彩色圖像(24bit／像素)，其數(shù)據(jù)量大約為0．9MB，如果以PAL制每秒25幀的速度播放，則數(shù)據(jù)量之大，是存儲(chǔ)、傳輸都無(wú)法承受的，顯然，視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是數(shù)字化的關(guān)鍵。一般的壓縮方式主要是通過(guò)減少每幀圖像間時(shí)間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來(lái)減少數(shù)據(jù)量。目前，常用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)有H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、JPEG、小波等。

    二是視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步傳輸技術(shù)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)處理，例如實(shí)時(shí)壓縮、解壓縮、傳輸、同步。另外，聲音與視頻也必須保持同步。作為視頻傳輸這樣的特例，對(duì)時(shí)間十分敏感，因此必須確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性。

    網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤錄像機(jī)

    網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤錄像機(jī)是集數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化于一體、建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)上的數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備，它集成了矩陣切換、畫面分割、錄像、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)戎T多功能。

    其功能主要表現(xiàn)在視音頻信號(hào)的實(shí)時(shí)全硬件同步壓縮、壓縮數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)在硬盤上、實(shí)時(shí)視頻和聲音預(yù)覽、視音頻信號(hào)的切換、攝像機(jī)和云臺(tái)的控制、本地錄像文件回放、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程文件回放和下載、支持流協(xié)議（RTP/RTCP、RTSP）、支持IE瀏覽和雙向語(yǔ)音對(duì)講等。

    應(yīng)用案例

    這里舉兩個(gè)應(yīng)用上面兩項(xiàng)新技術(shù)的成功案例。案例中的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是融合了紅外熱成像、數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控平臺(tái)。

    該系統(tǒng)由紅外熱成像儀、網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、后端管理存儲(chǔ)設(shè)備等部分組成。它可以利用可見(jiàn)光和紅外兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候監(jiān)控，通過(guò)多種傳輸手段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視監(jiān)控，使監(jiān)控中心能夠直觀、實(shí)時(shí)地掌控現(xiàn)場(chǎng)情況，即使在夜間、霧天、煙霧、樹(shù)林等條件中，也可以清晰地顯示現(xiàn)場(chǎng)狀況，并可在監(jiān)控中心操縱前方設(shè)備，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

    目前，該系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、公安、消防、森林防火、交通管理、重點(diǎn)設(shè)施保衛(wèi)、海邊防監(jiān)控、港務(wù)監(jiān)管、機(jī)場(chǎng)監(jiān)管、堆場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)預(yù)警等領(lǐng)域的全天時(shí)、全天候監(jiān)控。

    案例一：某市森林防火監(jiān)控系統(tǒng)

    森林火災(zāi)是林業(yè)的重要災(zāi)害之一，森林火災(zāi)具有突發(fā)性、災(zāi)害發(fā)生的隨機(jī)性、短時(shí)間內(nèi)能造成巨大損失的特點(diǎn)。因此一旦有火警發(fā)生，必須以極快的速度采取撲救措施，撲救是否及時(shí)，決策是否得當(dāng)，大都取決于對(duì)林火行為的發(fā)現(xiàn)是否及時(shí)，分析是否準(zhǔn)確合理，決策措施是否得當(dāng)。

    采用先進(jìn)技術(shù)，用高科技手段來(lái)加強(qiáng)森林防火工作，在最短的時(shí)間內(nèi)作出決策和調(diào)度，從而為森林滅火贏得寶貴時(shí)間，最大限度地減少損失是森林防火管理發(fā)展的必然趨勢(shì)。

    當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，尤其是森林火災(zāi)的情況下，火焰產(chǎn)生的煙霧很大，往往遮蓋了真正的著火點(diǎn)，以及火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)。紅外熱像儀有很強(qiáng)的穿透煙霧的能力，可有效地發(fā)現(xiàn)真正的著火點(diǎn)，以及火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)。

    森林火災(zāi)在地面火被撲滅的情況下，在地下往往還存在地下火，因此，經(jīng)常會(huì)死灰復(fù)燃。紅外熱像儀可通過(guò)監(jiān)控火災(zāi)后森林地表的溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點(diǎn)。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）和監(jiān)控中心。附圖是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)設(shè)5個(gè)防火監(jiān)控前端，在各監(jiān)控制高點(diǎn)架設(shè)紅外熱成像儀及低照度長(zhǎng)焦距可見(jiàn)光攝像頭各一套，覆蓋半徑為1-5km，采用市電及太陽(yáng)能給前端設(shè)備供電，配備室外全天候云臺(tái)及紅外熱成像儀專用防護(hù)罩，紅外熱成像儀及可見(jiàn)光攝像頭共享一個(gè)云臺(tái)。監(jiān)控前端的任務(wù)就是負(fù)責(zé)各個(gè)林區(qū)視頻信號(hào)采集和控制，監(jiān)控前端其它設(shè)備還包含有無(wú)線圖像發(fā)送設(shè)備、無(wú)線指令接收設(shè)備，數(shù)字光端機(jī)、太陽(yáng)能供電設(shè)備、避雷設(shè)備等。

    監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站、矩陣控制主機(jī)、電視墻、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備組成，監(jiān)控工作站的圖像數(shù)據(jù)接入分局網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均能監(jiān)看前端監(jiān)控點(diǎn)的圖像。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)充性，可隨時(shí)增減監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)控中心主要的功能是預(yù)警、顯示、控制、錄像和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取?

    案例二：某邊防部隊(duì)監(jiān)控系統(tǒng)

    我國(guó)有上萬(wàn)公里的海岸線和邊境線，與多個(gè)國(guó)家毗鄰。準(zhǔn)確及時(shí)地掌握邊海防區(qū)域的軍事情況，對(duì)于有效保衛(wèi)祖國(guó)的領(lǐng)海和領(lǐng)土有著極其重要的意義。建立邊海防遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵口岸、哨所和敏感地區(qū)實(shí)施監(jiān)控，就能使我軍情報(bào)部門直觀、及時(shí)地監(jiān)視邊海防前線的當(dāng)前情況，提高情報(bào)獲取的實(shí)時(shí)性和綜合處理能力，也能有效防止偷渡、出逃、走私、販毒等非法行為。

    由于一般的偽裝是以防可見(jiàn)光觀測(cè)為主，犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹(shù)林中，野外環(huán)境的惡劣及人的視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)，容易產(chǎn)生漏判、誤判的現(xiàn)象，而紅外熱成像儀是被動(dòng)接受目標(biāo)自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠(yuǎn)大于草木的溫度及紅外輻射，不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。紅外熱成像系統(tǒng)能從雜亂的背景和樹(shù)叢之中識(shí)別目標(biāo)，并且還能透過(guò)灰塵、云層、煙、煙霧、薄霧、小雨看清目標(biāo)，提供詳細(xì)的環(huán)境信息。其監(jiān)視的效率高于原來(lái)人工的巡查監(jiān)視方式，可大大減少由人工巡查監(jiān)視方式造成的漏查、誤查和失查的現(xiàn)象。

    系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：前端監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心。監(jiān)控前端設(shè)在邊防哨所，包括紅外熱成像儀及低照度長(zhǎng)焦距可見(jiàn)光攝像頭各一套，覆蓋半徑視監(jiān)控區(qū)域而定，一般在1-5km。采用市電及太陽(yáng)能給前端設(shè)備供電，紅外熱成像儀及可見(jiàn)光攝像頭共享一個(gè)云臺(tái)，負(fù)責(zé)所轄區(qū)域視頻信號(hào)采集、存儲(chǔ)及控制，其它前端設(shè)備還包含嵌入式硬盤錄像機(jī)、數(shù)字光端機(jī)、太陽(yáng)能供電設(shè)備、避雷設(shè)備等。

    監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站、矩陣控制主機(jī)、電視墻、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成，監(jiān)控工作站的圖像數(shù)據(jù)接入軍區(qū)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均可作為監(jiān)控點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)傳輸是利用軍隊(duì)專用的2M二次群線路，采用MPEG-4視音頻同步壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖象監(jiān)視。各邊防團(tuán)、營(yíng)的分控制中心可根據(jù)監(jiān)控需要也可對(duì)前方進(jìn)行查看和控制。

    結(jié)語(yǔ)

    隨著光電、傳感技術(shù)、微電子、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字視頻等技術(shù)的發(fā)展，隨著信息社會(huì)的需求，高新技術(shù)必將越來(lái)越多地被應(yīng)用在安全防范領(lǐng)域。

    上述二例介紹的融合了紅外熱成像、數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控平臺(tái)已被成功地應(yīng)用在森林監(jiān)控和邊防監(jiān)控的案例中，并取得了較好效果。