雷達(dá)與視頻聯(lián)動系統(tǒng)應(yīng)用淺析

在森林防火、邊防、海防、港口、油田等廣域視頻監(jiān)控領(lǐng)域中，遠(yuǎn)距離、超遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，既集成了可見光和熱成像觀測攝像機，具備透霧功能，在夜間也能借助輔助光源或熱成像進(jìn)行目標(biāo)探測，圖像信息既具有空間分辨能力，又具有時間分辨能力;既有探測對象的信息，又包括景物空間環(huán)境的信息;既含有觀察目標(biāo)靜態(tài)的信息，又有觀察目標(biāo)動態(tài)的信息。

該系統(tǒng)比較直觀，有助于判斷，但在實際使用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，如：受光學(xué)能見度的影響，在惡劣天氣觀測范圍有限;無法探測運動目標(biāo)的準(zhǔn)確方位、地理信息、速度等信息。以普通民用的漁船雷達(dá)為例，其可以對周圍6海里內(nèi)，超過500個目標(biāo)進(jìn)行識別，標(biāo)定目標(biāo)的位置信息(經(jīng)緯度)、航行信息(航向速度)、雷達(dá)信息(回波面積)等數(shù)據(jù)，相比光學(xué)探測的方式雷達(dá)能夠進(jìn)行大范圍的搜索，不受光學(xué)能見度的影響，獲取的運動目標(biāo)信息準(zhǔn)確度高，但所獲取的目標(biāo)信息較為抽象，如果能將這兩個系統(tǒng)進(jìn)行集成將有助于廣域視頻監(jiān)控領(lǐng)域的發(fā)展。本文將重點介紹基于雷達(dá)定位視頻聯(lián)動系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

一、系統(tǒng)簡介

基于雷達(dá)定位的視頻聯(lián)動系統(tǒng)通過計算機系統(tǒng)軟件，將雷達(dá)獲取到的目標(biāo)空間/地理位置數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺/廣域監(jiān)控攝像機的轉(zhuǎn)動角度、鏡頭焦距進(jìn)行聯(lián)動，實現(xiàn)對該空間、地理位置的場景圖像進(jìn)行實時復(fù)核。系統(tǒng)由定位雷達(dá)、遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺/廣域監(jiān)控攝像機、服務(wù)器、安裝在服務(wù)器上的系統(tǒng)軟件、傳輸系統(tǒng)等組成。

雷達(dá)采用成熟的產(chǎn)品，具備二次開發(fā)的SDK包，利用軟件二次開發(fā)和集成能夠?qū)崿F(xiàn)對雷達(dá)探測目標(biāo)的視頻聯(lián)動監(jiān)視。相對于常規(guī)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)，雷達(dá)與視頻聯(lián)動系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：一是目標(biāo)探測速度快;二是可同時探測多目標(biāo);三是受氣象條件影響小，探測精度高;四是系統(tǒng)完全實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，智能化、信息化程度高。

系統(tǒng)的主要功能有：在20Km范圍內(nèi)探測監(jiān)視目標(biāo)(人、車、船);晝夜連續(xù)探測;指定目標(biāo)運動跟蹤;目標(biāo)地圖標(biāo)示。

二、系統(tǒng)原理

系統(tǒng)在現(xiàn)有成熟的遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控、雷達(dá)目標(biāo)自動跟蹤技術(shù)上通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)與雷達(dá)目標(biāo)信息自動同步聯(lián)動，實現(xiàn)雷達(dá)遠(yuǎn)側(cè)探測與光學(xué)設(shè)備的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，為廣域視頻監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域注入新的血液。

系統(tǒng)由前端探測設(shè)備、信號采集與處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與分析控制系統(tǒng)等組成，是具備了雷達(dá)視頻信息與視頻圖像聯(lián)動識別、運動目標(biāo)跟蹤監(jiān)視、坐標(biāo)方位地圖標(biāo)定、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、信息融合、主動預(yù)警等多功能的信息綜合系統(tǒng)，解決了視頻搜索速度慢、精度差、手工操控繁瑣等問題，提高了遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控系統(tǒng)的使用效率，提高了目標(biāo)搜索和跟蹤的速度和精度，降低了執(zhí)勤人員的工作強度，提高了系統(tǒng)的使用價值。

該系統(tǒng)的運行原理是，雷達(dá)對探測區(qū)域內(nèi)能進(jìn)行搜索獲取周圍的目標(biāo)信息，雷達(dá)信息處理系統(tǒng)處理時間序列的雷達(dá)圖像，對圖像中的目標(biāo)回波進(jìn)行自動識別、跟蹤和運動參數(shù)解算;受雷達(dá)工作體制和工作原理的限制，數(shù)據(jù)更新速度大于2.4s，方位數(shù)據(jù)精度低于距離數(shù)據(jù)精度，一般民用的雷達(dá)方位精度在1度以內(nèi)，距離數(shù)據(jù)精度在量程的1%以內(nèi)。

首先系統(tǒng)運用雷達(dá)產(chǎn)品開放的SDK包，提取數(shù)字化后的地圖數(shù)據(jù)、目標(biāo)信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端控制服務(wù)器，服務(wù)器完成對軟件地圖進(jìn)行虛擬場景像素坐標(biāo)與真實坐標(biāo)的對應(yīng)標(biāo)定(一般監(jiān)視點安裝的場景較為固定，也可直接導(dǎo)入探測區(qū)域的GIS地圖)。

其次通過集成有高清攝像機、超遠(yuǎn)距離電動變焦透霧鏡頭、高精度重型抗風(fēng)光電轉(zhuǎn)臺的前端視頻探測、采集設(shè)備對目標(biāo)圖像進(jìn)行采集后編碼傳輸，通過后端軟件平臺的圖像分析算法處理將新進(jìn)入探測范圍的目標(biāo)進(jìn)行識別，給出目標(biāo)的類型：人、車、船，從而將目標(biāo)類型對應(yīng)的虛擬圖標(biāo)標(biāo)定在軟件地圖上，這時軟件地圖中所顯示的虛擬圖標(biāo)就能顯示真實的地理信息位置。對于處于探測區(qū)域室內(nèi)的目標(biāo)，只要在視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋的情況下，也能通過視頻分析的方式標(biāo)注在軟件地圖上。

第三，對于雷達(dá)鎖定的跟蹤目標(biāo)，系統(tǒng)自動將對應(yīng)目標(biāo)的位置坐標(biāo)輸入到遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺內(nèi)，該坐標(biāo)直接對應(yīng)遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺的預(yù)置點。目標(biāo)的運動跟蹤采用視頻分析的方式，由平臺軟件驅(qū)動遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺進(jìn)行連續(xù)跟蹤拍攝，并在軟件地圖上顯示該目標(biāo)的運動軌跡。同時該運動目標(biāo)實時圖像也將在軟件界面中相應(yīng)顯示。

由于系統(tǒng)所采用的遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺集成了熱成像、輔助光源，因此即使在夜間也能獲取到相應(yīng)的目標(biāo)圖像。

三、系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)淺析

系統(tǒng)將雷達(dá)的探測優(yōu)勢與視頻圖像的特點相結(jié)合，通過軟件處理的方式帶來全新的視頻監(jiān)控體驗，以下列舉幾種關(guān)鍵的應(yīng)用技術(shù)。

1.目標(biāo)探測

目標(biāo)探測的目的是為了識別防范區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)類型，從而采取不同方案的防范手段。雷達(dá)所探測的目標(biāo)不具備直觀性，采用視頻分析的方式對視頻場景中的運動目標(biāo)進(jìn)行分割，與目標(biāo)模型進(jìn)行比對后對目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，從而顯示在地圖上就相對直觀。

2.目標(biāo)跟蹤

目標(biāo)探測的目的是為了對監(jiān)視目標(biāo)的運動軌跡進(jìn)行記錄、跟蹤，對目標(biāo)類型進(jìn)行復(fù)核，對目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和細(xì)節(jié)辨識。由于視頻畫面中可能涉及多個運動目標(biāo)，因此對視頻分析算法要求較高，要求連續(xù)不間斷地跟蹤雷達(dá)鎖定的目標(biāo)。

3.硬件技術(shù)

視頻圖像嚴(yán)重依賴光學(xué)條件，針對防范地區(qū)的氣象、地理條件，要因地制宜的配套相應(yīng)的設(shè)備。由于系統(tǒng)采用高清攝像機，長焦鏡頭的工藝要求較高，其次在長達(dá)10Km的遠(yuǎn)距離監(jiān)視過程中，云臺運行的平穩(wěn)性、云臺運行的精準(zhǔn)度均有很高的要求，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的0.5°的精度對應(yīng)近88米的距離偏差，因此對硬件的工藝要求比較高;所用的設(shè)備如用于海邊、高山等地區(qū)，低氣壓、高海拔、高熱潮濕、鹽堿腐蝕等環(huán)境，要求硬件要具備良好的環(huán)境適應(yīng)性。

四、結(jié)語

中國的海岸線、邊境線綿長，港口眾多，多山多丘陵，目前所建設(shè)的系統(tǒng)大多尚未集成，隨著社會、國家對公共安全的重視，雷達(dá)與視頻聯(lián)動系統(tǒng)具有良好的市場應(yīng)用需求和前景，同時該系統(tǒng)也是提高廣域視頻監(jiān)控系統(tǒng)價值、執(zhí)勤人員工作效率、風(fēng)險防范水平的重要工具，運用本系統(tǒng)也能充分達(dá)到保障安全的防范目的。