雷達與視頻聯動系統應用淺析

□ 文/孫申雨

在城市高空瞭望、森林防火、邊防、海防、港口、油田等廣域視頻監控領域中，遠距離、超遠距離視頻監控產品的應用越來越廣泛，比如山東神戎、深圳紫光積陽的產品，能實現15Km的監視距離，集成了可見光和熱成像觀測攝像機，也具備透霧功能，在夜間也能借助輔助光源或熱成像進行目標探測，圖像信息既具有空間分辯能力，又具有時間分辨能力，既有探測對象的信息、又包括景物空間環境的信息，既含有觀察目標靜態的信息，又有觀察目標動態的信息，比較直觀，有助于判斷。但該系統在實際使用過程中也發現一些問題，如受光學能見度的影響，在惡劣天氣觀測范圍有限；無法探測運動目標的準確的方位、地理信息、速度等信息。以普通民用的漁船雷達為例，可以對周圍6海里內，超過500個目標進行識別，標定目標的位置信息（經緯度）、航行信息（航向速度）、雷達信息（回波面積）等數據，相比光學探測的方式雷達能夠進行大范圍的搜索，不受光學能見度的影響，獲取的運動目標信息準確度高，但所獲取的目標信息較為抽象。如果能將這兩個系統進行集成，將有助于廣域視頻監控領域的發展。

系統簡介

基于雷達定位的視頻聯動系統通過計算機系統軟件，將雷達獲取到的目標空間/地理位置數據與遠距離光電轉臺/廣域監控攝像機的轉動角度、鏡頭焦距進行聯動，實現對該空間/地理位置的場景圖像進行實時復核。系統由定位雷達、遠距離光電轉臺/廣域監控攝像機、服務器、安裝在服務器上的系統軟件、傳輸系統等組成。

我中心目前所采用的雷達是成熟的產品，限于應用的層面，本文所介紹的系統采用的雷達為通用的船用雷達，只不過將該雷達布置于岸邊。該產品具備二次開發的SDK包，能夠支持雷達ARPA數據輸出，為光電系統提供精確的目標位置信息。利用軟件二次開發和集成，接入光電系統時時圖像，增強雷達目標的識別性，實現對雷達探測目標的視頻聯動監視。

相對于常規的遠距離監控系統，雷達與視頻聯動系統具有以下優點：

1、目標探測速度快。雷達數據探測目標能達到3S以內，相比人工巡航效率大大提高。

2、可同時探測多目標。雷達能同時探測100個以上的目標，這是單純視頻采集所達不到的。

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

4、系統完全實現數字化、網絡化，智能化、信息化程度高。

系統主要功能：

1、在20Km范圍內探測監視目標（人、車、船）目前雷達對人的探測效果較不理想，雷達在3平方以上的反射面探測效果較佳。

2、晝夜連續探測

3、指定目標運動跟蹤

4、目標地圖標示

系統原理

系統在現有成熟的遠距離視頻監控、雷達目標自動跟蹤技術上通過視頻監控系統與雷達目標信息自動同步聯動，實現雷達遠側探測與光學設備的數字化、智能化和網絡化，為廣域視頻監控應用領域注入新的血液。

系統由前端探測設備、信號采集與處理系統、網絡傳輸與分析控制系統等組成，是具備了雷達視頻信息與視頻圖像聯動識別、運動目標跟蹤監視、坐標方位地圖標定、網絡化傳輸、信息融合、主動預警等多功能的信息綜合系統，解決了視頻搜索速度慢、精度差、手工操控繁瑣等問題，提高了遠距離視頻監控系統的使用效率，提高了目標搜索和跟蹤的速度和精度，降低了執勤人員的工作強度，提高了系統的使用價值。

下面簡述下系統的運行原理。

雷達對探測區域內能進行搜索獲取周圍的目標信息，雷達信息處理系統處理時間序列的雷達圖像，對圖像中的目標回波進行自動識別、跟蹤和運動參數解算；受雷達工作體制和工作原理的限制，數據更新速度大于2.4s，方位數據精度低于距離數據精度，一般民用的雷達方位精度在1度以內，距離數據精度在量程的1%以內，一般能控制在30m以內。

首先系統運用雷達產品開放的SDK包，提取數字化后的地圖數據、目標信息等關鍵數據，通過網絡發送給終端控制服務器，服務器完成對軟件地圖進行虛擬場景像素坐標與真實坐標的的對應標定；（一般監視點安裝的場景較為固定，也可直接導入探測區域的GIS地圖）。

其次通過集成有高清攝像機、超遠距離電動變焦透霧鏡頭、高精度重型抗風光電轉臺的前端視頻探測、采集設備對目標圖像進行采集后編碼傳輸，通過后端軟件平臺的圖像分析算法處理將新進入探測范圍的目標進行識別，給出目標的類型：人、車、船，從而將目標類型對應的虛擬圖標標定在軟件地圖上；這時軟件地圖中所顯示的虛擬圖標就能顯示真實的地理信息位置。

對于處于探測區域室內的目標，只要在視頻監控系統覆蓋的情況下，也能通過視頻分析的方式標注在軟件地圖上。

第三，對于雷達鎖定的跟蹤目標，系統自動將對應目標的位置坐標輸入到遠距離光電轉臺內，該坐標直接對應遠距離光電轉臺的預置點。目標的運動跟蹤采用視頻分析的方式，由平臺軟件驅動遠距離光電轉臺進行連續跟蹤拍攝，并在軟件地圖上顯示該目標的運動軌跡。同時該運動目標實時圖像也將在軟件界面中相應顯示。

由于系統所采用的遠距離光電轉臺集成了熱成像、輔助光源，因此即使在夜間也能獲取到相應的目標圖像。

系統應用技術淺析

系統將雷達的探測優勢與視頻圖像的特點相結合，通過軟件處理的方式，帶來全新的視頻監控體驗。茲列舉幾種關鍵的應用技術。

目標探測

目標探測的目的是為了識別防范區域內的目標類型，從而采取不同方案的防范手段。雷達所探測的目標不具備直觀性，采用視頻分析的方式、對視頻場景中的運動目標進行分割，與目標模型進行比對后對目標進行區分，從而顯示在地圖上就相對直觀。但從實際應用來講，本系統主要探測目標為船只，因此雷達對小目標（如：人）探測精度的問題可以忽略。

目標跟蹤

目標探測的目的是為了對監視目標的運動軌跡進行記錄、跟蹤，對目標類型進行復核，對目標進行連續監視和細節辨識。由于視頻畫面中可能涉及多個運動目標，因此對視頻分析算法要求較高，要求連續不間斷地跟蹤雷達鎖定的目標。

硬件技術

視頻圖像嚴重依賴光學條件，針對防范地區的氣象、地理條件，要因地制宜的配套相應的設備。由于系統采用高清攝像機，長焦鏡頭的工藝要求較高，其次在長達10Km的遠距離監視過程中，云臺運行的平穩性、云臺運行的精準度均有很高的要求，行業標準中的0.5°的精度對應近88米的距離偏差，因此對硬件的工藝要求比較高；所用的設備如用于海邊、高山等地區，低氣壓、高海拔、高熱潮濕、鹽堿腐蝕等環境，要求硬件要具備良好的環境適應性。

本系統如安裝在艦艇上，也能為水面巡航、執法提供支援，要求不高的，也可將光電轉臺換成重型遠距離精準云臺也可。

系統應用前景

中國的海岸線、邊境線綿長，港口眾多，多山多丘陵，目前所建設的系統大多尚未集成，隨著社會、國家對公共安全的重視，雷達與視頻聯動系統具有良好的市場應用需求和前景，同時該系統也是提高廣域視頻監控系統價值、執勤人員工作效率、風險防范水平的重要工具，運用本系統也能充分達到保障安全的安全防范目的。