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)字信號具有抗干擾能力強、失真小、傳輸不受距離限制、易于存儲和查詢等等優(yōu)點，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轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，由此從根本上解決了數(shù)據(jù)的壓縮問題，并能夠與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，打破了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控受區(qū)域和距離的限制，并實現(xiàn)了數(shù)字視頻監(jiān)控與安防系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)間的無縫連接，能在統(tǒng)一的操作管理平臺上實現(xiàn)集中監(jiān)視、存儲、控制和管理，實現(xiàn)信息資源和軟硬件資源的共享。

    下面簡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光波長為0.38-0.78微米。通常將比0.78微米長的電磁波，稱為紅外線。自然界中，一切物體都會輻射不同波長的紅外線，因此能夠利用特制的探測設(shè)備分別檢測出監(jiān)控目標(biāo)本身和背景之間的紅外線波長，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)的熱圖像和可見光圖像是不同的，熱圖像是目標(biāo)表面溫度分布圖，或者說，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

    自然界所有溫度在絕對零度（-273℃）以上的物體，都會發(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、煙云等吸收可見光和近紅外線，但是對3-5微米和8-14微米的紅外線卻是透明的。因此，這兩個波段被稱為紅外線的“大氣窗口”。我們利用這兩個窗口，可以在完全無光的夜晚，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。正是由于這個特點，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)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換、信號處理等手段，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光波段，依然需要外界光照明。而紅外熱成像儀是被動接受目標(biāo)自身的紅外熱輻射，無論白天黑夜均可以正常工作，并且也不會暴露自己。同樣在雨、霧等惡劣的氣候條件下，由于可見光的波長短，克服障礙的能力差，因而觀測效果差，但紅外線的波長較長，特別是工作在8-14um的熱成像儀，穿透雨、霧的能力較強，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)備仍可以正常地對各種目標(biāo)進行監(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)場監(jiān)控使用外，還可以作為有效的防火報警設(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)的地點和范圍，透過煙霧發(fā)現(xiàn)著火點，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。

    3、偽裝及隱蔽目標(biāo)的識別

    偽裝是以防可見光觀測為主，犯罪分子作案時通常會隱蔽在草叢及樹林中，由于野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產(chǎn)生錯誤判斷。紅外熱成像儀是被動接受目標(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)生錯誤判斷。

    數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化錄像及遠程監(jiān)控技術(shù)
   
    模擬視頻監(jiān)控發(fā)展至今已無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)，無須重復(fù)布線。再次，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲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、傳輸都無法承受的，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減少每幀圖像間時間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來減少數(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)的實時同步傳輸技術(shù)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)屬于實時數(shù)據(jù)必須實時處理，例如實時壓縮、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，對時間十分敏感，因此必須確保數(shù)據(jù)的實時性和同步性。

    網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤錄像機

    網(wǎng)絡(luò)型嵌入式硬盤錄像機是集數(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)在視音頻信號的實時全硬件同步壓縮、壓縮數(shù)據(jù)流存儲在硬盤上、實時視頻和聲音預(yù)覽、視音頻信號的切換、攝像機和云臺的控制、本地錄像文件回放、實時網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠程文件回放和下載、支持流協(xié)議（RTP/RTCP、RTSP）、支持IE瀏覽和雙向語音對講等。

    應(yīng)用案例

    這里舉兩個應(yīng)用上面兩項新技術(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)化錄像及遠程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控平臺。

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

    目前，該系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于國防、公安、消防、森林防火、交通管理、重點設(shè)施保衛(wèi)、海邊防監(jiān)控、港務(wù)監(jiān)管、機場監(jiān)管、堆場倉庫火災(zāi)預(yù)警等領(lǐng)域的全天時、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)生的隨機性、短時間內(nèi)能造成巨大損失的特點。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，決策是否得當(dāng)，大都取決于對林火行為的發(fā)現(xiàn)是否及時，分析是否準(zhǔn)確合理，決策措施是否得當(dāng)。

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

    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，以及火災(zāi)的蔓延趨勢。紅外熱像儀有很強的穿透煙霧的能力，可有效地發(fā)現(xiàn)真正的著火點，以及火災(zāi)的蔓延趨勢。

    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)常會死灰復(fù)燃。紅外熱像儀可通過監(jiān)控火災(zāi)后森林地表的溫度，及時發(fā)現(xiàn)地表溫度的異常，確定地下火可能存在的地點。

    系統(tǒng)設(shè)計由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點）和監(jiān)控中心。附圖是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)設(shè)5個防火監(jiān)控前端，在各監(jiān)控制高點架設(shè)紅外熱成像儀及低照度長焦距可見光攝像頭各一套，覆蓋半徑為1-5km，采用市電及太陽能給前端設(shè)備供電，配備室外全天候云臺及紅外熱成像儀專用防護罩，紅外熱成像儀及可見光攝像頭共享一個云臺。監(jiān)控前端的任務(wù)就是負責(zé)各個林區(qū)視頻信號采集和控制，監(jiān)控前端其它設(shè)備還包含有無線圖像發(fā)送設(shè)備、無線指令接收設(shè)備，數(shù)字光端機、太陽能供電設(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、電視墻、硬盤錄像機等設(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)的任何一臺計算機均能監(jiān)看前端監(jiān)控點的圖像。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴充性，可隨時增減監(jiān)控點。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：某邊防部隊監(jiān)控系統(tǒng)

    我國有上萬公里的海岸線和邊境線，與多個國家毗鄰。準(zhǔn)確及時地掌握邊海防區(qū)域的軍事情況，對于有效保衛(wèi)祖國的領(lǐng)海和領(lǐng)土有著極其重要的意義。建立邊海防遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對關(guān)鍵口岸、哨所和敏感地區(qū)實施監(jiān)控，就能使我軍情報部門直觀、及時地監(jiān)視邊海防前線的當(dāng)前情況，提高情報獲取的實時性和綜合處理能力，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光觀測為主，犯罪分子作案通常隱蔽在草叢及樹林中，野外環(huán)境的惡劣及人的視覺錯覺，容易產(chǎn)生漏判、誤判的現(xiàn)象，而紅外熱成像儀是被動接受目標(biāo)自身的熱輻射，人體和車輛的溫度及紅外輻射一般都遠大于草木的溫度及紅外輻射，不易偽裝，也不容易產(chǎn)生錯誤判斷。紅外熱成像系統(tǒng)能從雜亂的背景和樹叢之中識別目標(biāo)，并且還能透過灰塵、云層、煙、煙霧、薄霧、小雨看清目標(biāo)，提供詳細的環(huán)境信息。其監(jiān)視的效率高于原來人工的巡查監(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)計由兩部分構(gòu)成：前端監(jiān)控點和監(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焦距可見光攝像頭各一套，覆蓋半徑視監(jiān)控區(qū)域而定，一般在1-5km。采用市電及太陽能給前端設(shè)備供電，紅外熱成像儀及可見光攝像頭共享一個云臺，負責(zé)所轄區(qū)域視頻信號采集、存儲及控制，其它前端設(shè)備還包含嵌入式硬盤錄像機、數(shù)字光端機、太陽能供電設(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、電視墻、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(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)的任何一臺計算機均可作為監(jiān)控點。網(wǎng)絡(luò)傳輸是利用軍隊專用的2M二次群線路，采用MPEG-4視音頻同步壓縮技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)圖象監(jiān)視。各邊防團、營的分控制中心可根據(jù)監(jiān)控需要也可對前方進行查看和控制。

    結(jié)語

    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，隨著信息社會的需求，高新技術(shù)必將越來越多地被應(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)化錄像及遠程監(jiān)控技術(shù)的監(jiān)控平臺已被成功地應(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。