关键词：边海防；视频监控；视频处理；透雾；视频跟踪
1前言
我国幅员辽阔,有3万多公里的边境线和海岸线,与多个国家或地区接壤,且周边环境复杂,存在着诸多不稳定的因素。为维护国家主权权益和沿海、沿边地区的稳定与发展,在沿海、沿边地区进行边海防视频监控站等边海防基础设施建设,可以改善边海防管控手段,实施科技兴边、科技强边。一般的数字视频监控系统的技术关键在于:压缩算法、传输技术和系统健壮性。目前大多数监控系统只提供视频采集、传输、存储、回放等功能。由于使用环境的特殊性,边海防哨所对监控系统在可靠性、智能性、易用性等方面提出了更高的要求，适应边海防恶劣的自然条件。前端探测设备配备红外热像仪和可见光摄像机，能对地面、海上和低空目标进行大范围、全天时监控。通过传输设备和显控设备，可对前端光电设备进行远程操控，实现目标详查、目标跟踪、多预置位轮巡等功能，提高边海防侦察监视能力，为满足科技侦边、情报控边等侦察情报保障需要提供有力支持。视频监控站可根据哨所实际需求选择相配套的设备。
主要表现为:
(1)边海防哨所一般气候环境恶劣,风沙、潮湿、雨雪雾等恶劣的自然环境要求监控系统的硬件设备有很高的抗风沙、抗腐蚀等能力;
(2)由于海上经常有雾,监控系统设计中还要考虑到透雾的功能;
(3)边海防监控系统中的前端设备很多,要求监控系统软件部分的各项功能简便易用,在无须较多培训的情况下可快速投入使用。因此,根据边海防地区的特点和实际使用情况,提出了边海防视频监控系统的设计实现方案。
2系统硬件组成
边海防视频监控系统主要完成对特定海域、边境的昼夜搜索监视、低空目标观察、目标跟踪与自动报警等功能,主要由探测设备、传输设备、显控设备三部分组成。其中探测设备由可见光摄像机、红外热像仪、雷达、智能化一体球机、AIS、光纤报警、以及转台及伺服系统等组成。显控设备由监视器、计算机、解码器、电视墙、室内声光报警等组成。
2.1探测设备
探测设备由前端摄像转台(二维回转平台、超视距红外CCD摄像机、非制冷红外热像仪、伺服控制器、数字硬盘录像机、光电编码器)、目标定位设备(雷达)、电源控制柜等组成。通过可见光、红外、雷达等几种传感器,可以获得目标形状和尺寸的可见光图像、红外图像、雷达图像及距离、角度、经纬度、时间、地点、报警条件等不同形式的各种信息,使系统在昼夜(全天时)、各种恶劣能见度(全天候)等情况下,都能应用。
1)可见光摄像机:作为一种光电探测设备,具有能成像、细节分辨率能力强的优势,还可在光路中插入滤光片,达到透雾功能。但受能见度的影响较大,视场范围不够宽。
2)非制冷红外热像仪:运用先进的非制冷探测器技术,成像清晰,能在没有任何可见光的条件下远距离检测到目标,一般用于夜间监控。
2.2显控设备
显控设备由操控台(控制台计算机、监视器、操控面板、雷达数据接口、报警器、上级通讯接口)组成。
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1)监视器:将硬盘录像机上的各个通道输出到监视器上,可以更好地观察图像。
2)控制台计算机:主要是监控管理软件系统,通过该系统来控制硬件系统中的各个设备。在监控站内部将来自前端监控设备的视频、红外及目标数据传送至本系统处理,进而控制前端探测设备实施昼夜监控、目标识别、跟踪及报警。
2.3传输设备
传输设备根据现场情况不同,边海防视频监控站具备数字微波、光纤和网线三种传输方式。
1)数字微波传输设备:其可靠性传输距离达到15~20km,可用带宽20M。满足视频监控站的三路4CIF格式的视频图像实时传输要求。
2)光纤:采用N-net光纤收发器,将后端光纤的Tx与Rx和光纤收发器的Tx与Rx一一对应,将前端的Tx与Rx和电源柜后面板的Tx与Rx一一对应连接。
3系统关键技术
视频监控系统的发展大致经历了三个阶段:以模拟设备为主的闭路电视监控系统、基于PC机的多媒体主控平台的数字化本地视频监控系统和基于全数字化网络时代的远程视频监控系统。数字视频监控系统的技术关键在于视频压缩、视频传输、视频存储播放等视频处理技术,但针对边海防的特殊情况,还必须解决图像清晰化和视频跟踪等问题。
视频处理技术
1)视频压缩技术:对于数字视频监控系统来说,数字视频信息必须经过压缩才能进行传输和存储,因为压缩后大大节省了传输带宽和存储空间。因此,数字视频通信的第一步也是很关键的一步就是视频图像的压缩。目前国际标准组织已制定了MPEG-x系列、H.26x系列等多种视频压缩标准。
2)视频传输技术:视频监控中视频传输服务首先就要保证监控端获得的视频的实时性。一般提供如UDP、TCP等多种协议供用户选择。如果强调实时性(例如在自动跟踪状态),建议用户选择UDP而不选择TCP。原因是,TCP的目的是提供可靠的数据传输,如果丢包,会自动重传。用TCP的致命缺陷是它的加性增乘性减特性,使得即使很小的丢包也会大大降低速度。UDP是面向非连接的传输协议,虽然不能保证所有数据准确无误地到达目的地,但能大大提高传输的实时性。视频传输使用UDP即使丢一两个帧也是无关紧要的,所以应利用传输效率高的UDP协议。
4系统的设计与实现
边海防视频监控系统可分为前端和后端两部分,前端主要包括探测设备,后端主要包括显控设备。
4.1上位机软件的总体设计
上位机软件的主要功能是为用户提供一个友好的界面,它可以监视远端的场景,通过将CCD、雷达、红外相结合,能更好地进行全天候的监控；同时对网络硬盘摄像机传送过来的视频流进行实时存储；还可以对网络硬盘摄像机参数以及监控通道的参数进行配置;设置用户访问权限以及对前端设备的控制等等。白光CCD视频图像和红外图像；云台镜头控制区主要控制云台向各个方向转动,以监控更大范围内的场景,控制镜头的聚焦、变焦、调节光圈；综合信息区主要显示当前通道参数、报警记录及图像调节等相关信息；参数设置区包括录像、抓图、视频回放、语音对讲、视频跟踪、系统配置及设备控制等系统功能。
5结束语
边海防视频监控系统融合了视频图像的压缩、传输和视频流处理等技术。针对边海防系统的透雾问题,本系统中采用软件增强的方法,自动跟踪在上位机中通过软件采用相关跟踪算法实现,这样可以降低成本。如果要提高图像增强和自动跟踪的速度可以采用硬件加以实现,但会增加系统成本。今后可以利用当前一些先进的图像探测和处理技术,对现有系统进行改进提高,更好地为边海防建设服务。
参考文献
[1]陈明宏.基于DirectShow的视频监控传输系统[D].华中师范大学,2005.
[2]汪林川.基于计算机视觉的嵌入式监控系统的设计与实现[D].电子科技大学,2005.
[3]陈孝莲.基于IP组播的数字视频传输系统的研究[D].河海大学,2003.
[4]刘运余.无人值守边防哨卡智能视频监控系统设计[D].南京理工大学,2013.
论文作者:张振磊
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第17期
论文发表时间:2020/3/4
标签：海防论文; 监控系统论文; 视频论文; 设备论文; 图像论文; 系统论文; 可见光论文; 《科学与技术》2019年第17期论文;