雷達(dá)與視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用淺析

□ 文/孫申雨

在城市高空瞭望、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(lái)越廣泛，比如山東神戎、深圳紫光積陽(yáng)的產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)15Km的監(jiān)視距離，集成了可見(jiàn)光和熱成像觀測(cè)攝像機(jī)，也具備透霧功能，在夜間也能借助輔助光源或熱成像進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，圖像信息既具有空間分辯能力，又具有時(shí)間分辨能力，既有探測(cè)對(duì)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(dòng)態(tài)的信息，比較直觀，有助于判斷。但該系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，如受光學(xué)能見(jiàn)度的影響，在惡劣天氣觀測(cè)范圍有限；無(wú)法探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的準(zhǔn)確的方位、地理信息、速度等信息。以普通民用的漁船雷達(dá)為例，可以對(duì)周圍6海里內(nèi)，超過(guò)500個(gè)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)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(cè)的方式雷達(dá)能夠進(jìn)行大范圍的搜索，不受光學(xué)能見(jiàn)度的影響，獲取的運(yùn)動(dòng)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(gè)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。

系統(tǒng)簡(jiǎn)介

基于雷達(dá)定位的視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)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(tái)/廣域監(jiān)控?cái)z像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、鏡頭焦距進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該空間/地理位置的場(chǎng)景圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)復(fù)核。系統(tǒng)由定位雷達(dá)、遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺(tái)/廣域監(jiān)控?cái)z像機(jī)、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。

我中心目前所采用的雷達(dá)是成熟的產(chǎn)品，限于應(yīng)用的層面，本文所介紹的系統(tǒng)采用的雷達(dá)為通用的船用雷達(dá)，只不過(guò)將該雷達(dá)布置于岸邊。該產(chǎn)品具備二次開(kāi)發(fā)的SDK包，能夠支持雷達(dá)ARPA數(shù)據(jù)輸出，為光電系統(tǒng)提供精確的目標(biāo)位置信息。利用軟件二次開(kāi)發(fā)和集成，接入光電系統(tǒng)時(shí)時(shí)圖像，增強(qiáng)雷達(dá)目標(biāo)的識(shí)別性，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)視。

相對(duì)于常規(guī)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控系統(tǒng)，雷達(dá)與視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、目標(biāo)探測(cè)速度快。雷達(dá)數(shù)據(jù)探測(cè)目標(biāo)能達(dá)到3S以內(nèi)，相比人工巡航效率大大提高。

2、可同時(shí)探測(cè)多目標(biāo)。雷達(dá)能同時(shí)探測(cè)100個(gè)以上的目標(biāo)，這是單純視頻采集所達(dá)不到的。

3、受氣象條件影響小，探測(cè)精度高。雷達(dá)不受霧霾、水汽、雨雪、光線的影響，而視頻采集對(duì)光線、視線的要求是比較高的。

4、系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，智能化、信息化程度高。

系統(tǒng)主要功能：

1、在20Km范圍內(nèi)探測(cè)監(jiān)視目標(biāo)（人、車、船）目前雷達(dá)對(duì)人的探測(cè)效果較不理想，雷達(dá)在3平方以上的反射面探測(cè)效果較佳。

2、晝夜連續(xù)探測(cè)

3、指定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤

4、目標(biāo)地圖標(biāo)示

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(dòng)跟蹤技術(shù)上通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與雷達(dá)目標(biāo)信息自動(dòng)同步聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)遠(yuǎn)側(cè)探測(cè)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(cè)設(shè)備、信號(hào)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(dòng)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(wèn)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(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的使用價(jià)值。

下面簡(jiǎn)述下系統(tǒng)的運(yùn)行原理。

雷達(dá)對(duì)探測(cè)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(shí)間序列的雷達(dá)圖像，對(duì)圖像中的目標(biāo)回波進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、跟蹤和運(yùn)動(dòng)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)，一般能控制在30m以內(nèi)。

首先系統(tǒng)運(yùn)用雷達(dá)產(chǎn)品開(kāi)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(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端控制服務(wù)器，服務(wù)器完成對(duì)軟件地圖進(jìn)行虛擬場(chǎng)景像素坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)的的對(duì)應(yīng)標(biāo)定；（一般監(jiān)視點(diǎn)安裝的場(chǎng)景較為固定，也可直接導(dǎo)入探測(cè)區(qū)域的GIS地圖）。

其次通過(guò)集成有高清攝像機(jī)、超遠(yuǎn)距離電動(dòng)變焦透霧鏡頭、高精度重型抗風(fēng)光電轉(zhuǎn)臺(tái)的前端視頻探測(cè)、采集設(shè)備對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行采集后編碼傳輸，通過(guò)后端軟件平臺(tái)的圖像分析算法處理將新進(jìn)入探測(cè)范圍的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，給出目標(biāo)的類型：人、車、船，從而將目標(biāo)類型對(duì)應(yīng)的虛擬圖標(biāo)標(biāo)定在軟件地圖上；這時(shí)軟件地圖中所顯示的虛擬圖標(biāo)就能顯示真實(shí)的地理信息位置。

對(duì)于處于探測(cè)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(guò)視頻分析的方式標(biāo)注在軟件地圖上。

第三，對(duì)于雷達(dá)鎖定的跟蹤目標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)應(yīng)目標(biāo)的位置坐標(biāo)輸入到遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)，該坐標(biāo)直接對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺(tái)的預(yù)置點(diǎn)。目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)跟蹤采用視頻分析的方式，由平臺(tái)軟件驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)距離光電轉(zhuǎn)臺(tái)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(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)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(tái)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。

系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)淺析

系統(tǒng)將雷達(dá)的探測(cè)優(yōu)勢(shì)與視頻圖像的特點(diǎn)相結(jié)合，通過(guò)軟件處理的方式，帶來(lái)全新的視頻監(jiān)控體驗(yàn)。茲列舉幾種關(guān)鍵的應(yīng)用技術(shù)。

目標(biāo)探測(cè)

目標(biāo)探測(cè)的目的是為了識(shí)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(cè)的目標(biāo)不具備直觀性，采用視頻分析的方式、對(duì)視頻場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行分割，與目標(biāo)模型進(jìn)行比對(duì)后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，從而顯示在地圖上就相對(duì)直觀。但從實(shí)際應(yīng)用來(lái)講，本系統(tǒng)主要探測(cè)目標(biāo)為船只，因此雷達(dá)對(duì)小目標(biāo)（如：人）探測(cè)精度的問(wèn)題可以忽略。

目標(biāo)跟蹤

目標(biāo)探測(cè)的目的是為了對(duì)監(jiān)視目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行記錄、跟蹤，對(duì)目標(biāo)類型進(jìn)行復(fù)核，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和細(xì)節(jié)辨識(shí)。由于視頻畫面中可能涉及多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，因此對(duì)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)。

硬件技術(shù)

視頻圖像嚴(yán)重依賴光學(xué)條件，針對(duì)防范地區(qū)的氣象、地理?xiàng)l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(jī)，長(zhǎng)焦鏡頭的工藝要求較高，其次在長(zhǎng)達(dá)10Km的遠(yuǎn)距離監(jiān)視過(guò)程中，云臺(tái)運(yùn)行的平穩(wěn)性、云臺(tái)運(yùn)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(duì)應(yīng)近88米的距離偏差，因此對(duì)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。

本系統(tǒng)如安裝在艦艇上，也能為水面巡航、執(zhí)法提供支援，要求不高的，也可將光電轉(zhuǎn)臺(tái)換成重型遠(yuǎn)距離精準(zhǔn)云臺(tái)也可。

系統(tǒng)應(yīng)用前景

中國(guó)的海岸線、邊境線綿長(zhǎng)，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(huì)、國(guó)家對(duì)公共安全的重視，雷達(dá)與視頻聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用需求和前景，同時(shí)該系統(tǒng)也是提高廣域視頻監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)值、執(zhí)勤人員工作效率、風(fēng)險(xiǎn)防范水平的重要工具，運(yùn)用本系統(tǒng)也能充分達(dá)到保障安全的安全防范目的。