紅外監視

紅外監視是基於紅外技術採用紅外成像系統對目標進行監測的技術。紅外感測器把來自目標的紅外信號轉換成為電信號，並將電信號放大，之後進行圖形、數據、控制三大處理，把處理後的信號進行傳輸。我們可以利用背景差法、投影法以及模板匹配法對移動目標圖像進行處理。

基本介紹

• 中文名：紅外監視
• 外文名：infrared surveillance
• 處理對象：圖形、數據、控制
• 核心技術：紅外線技術
• 移動目標監測：背景差法、投影法、模板匹配法
• 所屬學科：信息科學

簡介

紅外成像系統可以用眼睛在視場螢幕上看出由目標發出的熱。這是因為目標總比背景熱一點或冷一點,所以目標比較突出,易與背景區分開來。這種對比技術也就是展覽會上看到的熱成像(紅外成像亦常稱為熱成像、熱像等)。當利用紅外成像系統來監視時,被觀察的對像可能包括對我們感興趣的人和物,例如飛機和地面車輛。二十多年來,紅外成像儀在完成軍事任務和法制任務兩個方面都起了很重要的作用。在降低環境條件方面,需要精確的、實時的信息,一天24小時的監視,這些對於現代軍事指揮決策是極其重要的,它關係到軍事使命的成功或失敗。

紅外線輻射

紅外線輻射是由於物體內部分子熱運動產生的。紅外線和可見光相似，是直線傳播，能夠用特製的透鏡進行反射折射聚焦。紅外線探測器就是根據這個規律通過紅外光學系統有規律的接受紅外線，聚焦成一點，在紅外元件上使紅外熱敏元件的電阻值發生變化，由於紅外輻射能的強弱，紅外元件的阻值也隨之發生變化，由光能轉換成電能，經過調製放大等過程，就能夠得到所需信號。

紅外監視原理

CCD 攝像機既可接收可見光，又可接收紅外光的雙重特性，採用主動和被動兩種紅外技術，實現對環境安全監視監控。利用砷鎵銦感測器僅對紅外光的波長敏感的特性，研製開發出被動式高靈敏度紅外監控頭，把來自目標的紅外信號轉換成為電信號，並將電信號放大，之後進行圖形、數據、控制三大處理，把處理後的信號進行傳輸。

紅外監視系統

監視系統主要由監視軟體、電視牆、視頻採集卡、雙絞線收發器、波士卡、監視解碼器、監視頭和電源控制板組成。

監視軟體

監視軟體是整個監視系統的處理中心，它負責顯示所有監視頭返回的圖像，顯示方式用戶可以在單路顯示和多路顯示之間切換，多路顯示包括四路顯示、九路顯示、十六路顯示等，視頻採集卡的總路數決定了最多顯示的畫面數。

視頻採集卡

視頻採集卡的主要用途就是進行視頻模擬—數字轉換，並進行視頻壓縮。

雙絞線收發器

負責視頻信號遠距離傳輸。從攝像機返回的視頻信號通過同軸電纜傳到監控罩箱裡的雙絞線收發器的傳送端，通過雙絞線傳到室內的雙絞線收發器的接收端。

波士卡

波士卡用來實現監視軟體與室外的監視解碼器的通訊。協定採用RS-485通訊協定。

監視解碼器

監視解碼器由監視軟體控制，它與監視軟體的通訊採用的是獨立的通訊協定，使用的是單獨的通訊線。並且使用獨立的硬體編號。 監視解碼器所要完成的工作是控制監視雲台和鏡頭三可變，對雲台和鏡頭的控制是通過接通相應控制線的電源使之運轉，每一個電源的接通都是由一個繼電器控制。監視解碼器的CPU收到監視軟體啟動某一功能的指令後，把繼電器控制端置高電平，當收到停止指令後，把繼電器控制端置低電平。

監視頭

監視頭分為兩種：定點監視頭和動點監視頭（包括 50M、100M 兩種）。鏡頭分為三種：50M 三可變手動控制、100M 三可變電動控制和 150M三可變電動控制。

移動檢測在紅外監視的套用

圖像的分割與檢測(識別)實際上是一項非常困難的工作。很難說清楚為什麼圖像應該分割成這樣而不是那樣。人類的視覺系統是非常優越的，它不僅包含了雙眼，還包括了大腦，可以從很複雜的景物中分開並識別每個物體，甚至可以毫不費力地跟上每秒好幾十幀變化的圖像。 圖像檢測在本系統中的套用不是要求分辨出移動物體的詳細信息，只需要監測到移動物體並跟蹤其運動方向。

由於監視系統是多路同時運行，一般視頻都在八路左右，有的可以達到十幾路，如果移動檢測的計算複雜的話，對計算機的配置要求會比較高。下面是三種常見的圖像處理方法介紹。

背景差法

背景差法的原理非常簡單：將前後兩幅圖像相減，得到的差作為結果圖像。圖片能夠說明背景差法的原理。

圖 4-1 是前景圖(貓)加背景圖(木星)。圖 4-2 是背景圖。圖 4-1 減圖4-2 的結果如圖 4-3 所示，這樣就得到了前景(不完全是前景，因為背景的灰度值並不為零，但至少可以得到前景的形狀)。

背景差法是一種重要的運動檢測方法,其難點在於如何進行背景更新。

投影法

投影法是一種很自然的想法，有點像灰度直方圖。為了得到更好的效果，投影法經常和閾值化一起使用。如下面的例子： 圖 4-4 是著名的華盛頓紀念碑，下面用投影法自動檢測到水平方向上紀念碑的位置。仔細觀察，不難發現，紀念碑上象素的灰度都差不多而且與眾不同，如果我們選取合適的閾值，做削波處理(這裡選 175 到220)，將該圖二值化，如圖 4-5 所示：

由於紀念碑所在的那幾列的白色點比起其他列多很多，如果把該圖在垂直方向做投影，如圖 4-6 所示。

模板匹配法

利用模板匹配可以在一幅圖像中找到已知的物體。比如抓拍到了一張射門的照片，要在該照片中找到足球的位置。這時就可以採用模板匹配的方法。所謂模板匹配，其實想法很簡單：拿已知的模板(在本例中為足球的圖像)，和原圖像中同樣大小的一塊區域去對。 最開始時，模板的左上角點和圖像的左上角點是重合的，拿模板和原圖像中同樣大小的一塊區域去對比，然後平移到下一個象素，仍然進行同樣的操作，所有的位置都對完後，差別最小的那塊就是我們要找的物體。