高新技术在安防监控中的应用

    随着光电信息、微电子、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的发展，安防监控已由传统的模拟走向数字化、智能化、网络化。由于数字信号具有抗干扰能力强、失真小、传输不受距离限制、易于存储和查询等等优点，因此数字视频技术得到了迅速的发展和广泛的应用。

    图像的数字化首先是将采集的模拟信号转化为数字信号，由此从根本上解决了数据的压缩问题，并能够与网络结合起来，打破了传统模拟监控受区域和距离的限制，并实现了数字视频监控与安防系统中其它各子系统间的无缝连接，能在统一的操作管理平台上实现集中监视、存储、控制和管理，实现信息资源和软硬件资源的共享。

    下面简要地介绍红外热成像技术、数字化与网络化录像及远程监控技术在安全防范系统中的应用。

    红外热成像技术

    红外热成像

    人眼能够感受到的可见光波长为0.38-0.78微米。通常将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射不同波长的红外线，因此能够利用特制的探测设备分别检测出监控目标本身和背景之间的红外线波长，从而可以得到不同的红外图像，这红外图像称为热图像。

    同一目标的热图像和可见光图像是不同的，热图像是目标表面温度分布图，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到的目标表面温度分布图，只有通过专门的设备才能转换成人眼可以看到的、表徵目标表面温度分布的热图像。

    红外热成像特点

    自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会发出红外线，红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3-5微米和8-14微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。我们利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。

    红外热成像仪

    采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备被称为红外热成像仪。红外热成像仪可分为致冷型和非致冷型两大类。致冷型的热灵敏度高,结构复杂,一般用于军事用途,而非致冷型灵敏度虽低于致冷型，但其性能已可以满足多数军事用途和几乎所有的民用领域。由于不需要配备制冷装置，因此非制冷红外热成像仪可靠性及性价比较致冷型的高。

    红外热成像仪的应用

    1、夜间及恶劣气候条件下的目标监控

    夜晚，需可见光工作的设备已经不能正常工作，如果采用人工照明，则容易暴露目标。若采用微光夜视设备，它同样也工作在可见光波段，依然需要外界光照明。而红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作，并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于可见光的波长短，克服障碍的能力差，因而观测效果差，但红外线的波长较长，特别是工作在8-14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较强，因此在夜间以及恶劣气候条件，采用红外热成像监控设备仍可以正常地对各种目标进行监控。

    2、防火监控

    由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效的防火报警设备，在大面积的森林中，火灾往往是由不明显的隐火引发的。用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道早预防，早扑灭。

    3、伪装及隐蔽目标的识别

    伪装是以防可见光观测为主，犯罪分子作案时通常会隐蔽在草丛及树林中，由于野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生错误判断。红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，因此不易伪装，也不容易产生错误判断。

    数字化与网络化录像及远程监控技术
   
    模拟视频监控发展至今已无法满足人们的更高要求，数字化是必由之路。数字化是进行压缩和图像处理的前提。数字视频监控系统采用数字处理、编解码和网络技术，能较好地克服模拟系统的局限性，其优点表现为：图像数字化后可在网络上传输，不受距离限制，不易受干扰，可以大幅提高图像品质和稳定性。其次，利用现有的网络，无须重复布线。再次，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询方便快捷。 

     数字视频监控的两大关键技术

    一是视频数据的压缩和解压缩。视频图像的信息量是巨大的，例如一幅640×480中分辨度的彩色图像(24bit／像素)，其数据量大约为0．9MB，如果以PAL制每秒25帧的速度播放，则数据量之大，是存储、传输都无法承受的，显然，视频数据压缩技术是数字化的关键。一般的压缩方式主要是通过减少每帧图像间时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。目前，常用的压缩标准有H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、JPEG、小波等。

    二是视频数据的实时同步传输技术。数字视频监控系统中的视频数据属于实时数据必须实时处理，例如实时压缩、解压缩、传输、同步。另外，声音与视频也必须保持同步。作为视频传输这样的特例，对时间十分敏感，因此必须确保数据的实时性和同步性。

    网络型嵌入式硬盘录像机

    网络型嵌入式硬盘录像机是集数字化与网络化于一体、建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上的数字视频监控设备，它集成了矩阵切换、画面分割、录像、远程控制、网络传输等诸多功能。

    其功能主要表现在视音频信号的实时全硬件同步压缩、压缩数据流存储在硬盘上、实时视频和声音预览、视音频信号的切换、摄像机和云台的控制、本地录像文件回放、实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议（RTP/RTCP、RTSP）、支持IE浏览和双向语音对讲等。

    应用案例

    这里举两个应用上面两项新技术的成功案例。案例中的数字视频监控系统是融合了红外热成像、数字化与网络化录像及远程监控技术的监控平台。

    该系统由红外热成像仪、网络型嵌入式硬盘录像机、网络传输设备、后端管理存储设备等部分组成。它可以利用可见光和红外两种技术实现全天时、全天候监控，通过多种传输手段，实现监视监控，使监控中心能够直观、实时地掌控现场情况，即使在夜间、雾天、烟雾、树林等条件中，也可以清晰地显示现场状况，并可在监控中心操纵前方设备，进行重点监控。

    目前，该系统已被广泛应用于国防、公安、消防、森林防火、交通管理、重点设施保卫、海边防监控、港务监管、机场监管、堆场仓库火灾预警等领域的全天时、全天候监控。

    案例一：某市森林防火监控系统

    森林火灾是林业的重要灾害之一，森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。因此一旦有火警发生，必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，大都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。

    采用先进技术，用高科技手段来加强森林防火工作，在最短的时间内作出决策和调度，从而为森林灭火赢得宝贵时间，最大限度地减少损失是森林防火管理发展的必然趋势。

    当火灾发生后，尤其是森林火灾的情况下，火焰产生的烟雾很大，往往遮盖了真正的着火点，以及火灾的蔓延趋势。红外热像仪有很强的穿透烟雾的能力，可有效地发现真正的着火点，以及火灾的蔓延趋势。

    森林火灾在地面火被扑灭的情况下，在地下往往还存在地下火，因此，经常会死灰复燃。红外热像仪可通过监控火灾后森林地表的温度，及时发现地表温度的异常，确定地下火可能存在的地点。

    系统设计由两部分构成：监控前端（监控点）和监控中心。附图是网络结构图。系统设5个防火监控前端，在各监控制高点架设红外热成像仪及低照度长焦距可见光摄像头各一套，覆盖半径为1-5km，采用市电及太阳能给前端设备供电，配备室外全天候云台及红外热成像仪专用防护罩，红外热成像仪及可见光摄像头共享一个云台。监控前端的任务就是负责各个林区视频信号采集和控制，监控前端其它设备还包含有无线图像发送设备、无线指令接收设备，数字光端机、太阳能供电设备、避雷设备等。

    监控中心由监控工作站、矩阵控制主机、电视墙、硬盘录像机等设备组成，监控工作站的图像数据接入分局网络，系统采用TCP/IP协议，网内经授权的任何一台计算机均能监看前端监控点的图像。系统采用模块化结构，具有良好的可扩充性，可随时增减监控点。监控中心主要的功能是预警、显示、控制、录像和网络传输等。

    案例二：某边防部队监控系统

    我国有上万公里的海岸线和边境线，与多个国家毗邻。准确及时地掌握边海防区域的军事情况，对于有效保卫祖国的领海和领土有着极其重要的意义。建立边海防远程视频监控系统，对关键口岸、哨所和敏感地区实施监控，就能使我军情报部门直观、及时地监视边海防前线的当前情况，提高情报获取的实时性和综合处理能力，也能有效防止偷渡、出逃、走私、贩毒等非法行为。

    由于一般的伪装是以防可见光观测为主，犯罪分子作案通常隐蔽在草丛及树林中，野外环境的恶劣及人的视觉错觉，容易产生漏判、误判的现象，而红外热成像仪是被动接受目标自身的热辐射，人体和车辆的温度及红外辐射一般都远大于草木的温度及红外辐射，不易伪装，也不容易产生错误判断。红外热成像系统能从杂乱的背景和树丛之中识别目标，并且还能透过灰尘、云层、烟、烟雾、薄雾、小雨看清目标，提供详细的环境信息。其监视的效率高于原来人工的巡查监视方式，可大大减少由人工巡查监视方式造成的漏查、误查和失查的现象。

    系统设计由两部分构成：前端监控点和监控中心。监控前端设在边防哨所，包括红外热成像仪及低照度长焦距可见光摄像头各一套，覆盖半径视监控区域而定，一般在1-5km。采用市电及太阳能给前端设备供电，红外热成像仪及可见光摄像头共享一个云台，负责所辖区域视频信号采集、存储及控制，其它前端设备还包含嵌入式硬盘录像机、数字光端机、太阳能供电设备、避雷设备等。

    监控中心由监控工作站、矩阵控制主机、电视墙、网络交换机等设备组成，监控工作站的图像数据接入军区网络，系统采用TCP/IP协议，网内经授权的任何一台计算机均可作为监控点。网络传输是利用军队专用的2M二次群线路，采用MPEG-4视音频同步压缩技术实现动态图象监视。各边防团、营的分控制中心可根据监控需要也可对前方进行查看和控制。

    结语

    随着光电、传感技术、微电子、网络通信、数字视频等技术的发展，随着信息社会的需求，高新技术必将越来越多地被应用在安全防范领域。

    上述二例介绍的融合了红外热成像、数字化及网络化录像及远程监控技术的监控平台已被成功地应用在森林监控和边防监控的案例中，并取得了较好效果。