[科普中国]-红外监视

简介

红外成像系统可以用眼睛在视场屏幕上看出由目标发出的热。这是因为目标总比背景热一点或冷一点,所以目标比较突出,易与背景区分开来。这种对比技术也就是展览会上看到的热成像(红外成像亦常称为热成像、热像等)。当利用红外成像系统来监视时,被观察的对像可能包括对我们感兴趣的人和物,例如飞机和地面车辆。二十多年来,红外成像仪在完成军事任务和法制任务两个方面都起了很重要的作用。在降低环境条件方面,需要精确的、实时的信息,一天24小时的监视,这些对于现代军事指挥决策是极其重要的,它关系到军事使命的成功或失败。1

红外线辐射红外线辐射是由于物体内部分子热运动产生的。红外线和可见光相似，是直线传播，能够用特制的透镜进行反射折射聚焦。红外线探测器就是根据这个规律通过红外光学系统有规律的接受红外线，聚焦成一点，在红外元件上使红外热敏元件的电阻值发生变化，由于红外辐射能的强弱，红外元件的阻值也随之发生变化，由光能转换成电能，经过调制放大等过程，就能够得到所需信号。

红外监视原理CCD 摄像机既可接收可见光，又可接收红外光的双重特性，采用主动和被动两种红外技术，实现对环境安全监视监控。利用砷镓铟传感器仅对红外光的波长敏感的特性，研制开发出被动式高灵敏度红外监控头，把来自目标的红外信号转换成为电信号，并将电信号放大，之后进行图形、数据、控制三大处理，把处理后的信号进行传输。

红外监视系统监视系统主要由监视软件、电视墙、视频采集卡、双绞线收发器、波士卡、监视解码器、监视头和电源控制板组成。

监视软件监视软件是整个监视系统的处理中心，它负责显示所有监视头返回的图像，显示方式用户可以在单路显示和多路显示之间切换，多路显示包括四路显示、九路显示、十六路显示等，视频采集卡的总路数决定了最多显示的画面数。

视频采集卡视频采集卡的主要用途就是进行视频模拟—数字转换，并进行视频压缩。

双绞线收发器负责视频信号远距离传输。从摄像机返回的视频信号通过同轴电缆传到监控罩箱里的双绞线收发器的发送端，通过双绞线传到室内的双绞线收发器的接收端。

波士卡波士卡用来实现监视软件与室外的监视解码器的通讯。协议采用RS-485通讯协议。

监视解码器监视解码器由监视软件控制，它与监视软件的通讯采用的是独立的通讯协议，使用的是单独的通讯线。并且使用独立的硬件编号。 监视解码器所要完成的工作是控制监视云台和镜头三可变，对云台和镜头的控制是通过接通相应控制线的电源使之运转，每一个电源的接通都是由一个继电器控制。监视解码器的CPU收到监视软件启动某一功能的指令后，把继电器控制端置高电平，当收到停止指令后，把继电器控制端置低电平。

监视头监视头分为两种：定点监视头和动点监视头（包括 50M、100M 两种）。镜头分为三种：50M 三可变手动控制、100M 三可变电动控制和 150M三可变电动控制。2

移动检测在红外监视的应用图像的分割与检测(识别)实际上是一项非常困难的工作。很难说清楚为什么图像应该分割成这样而不是那样。人类的视觉系统是非常优越的，它不仅包含了双眼，还包括了大脑，可以从很复杂的景物中分开并识别每个物体，甚至可以毫不费力地跟上每秒好几十帧变化的图像。 图像检测在本系统中的应用不是要求分辨出移动物体的详细信息，只需要监测到移动物体并跟踪其运动方向。

由于监视系统是多路同时运行，一般视频都在八路左右，有的可以达到十几路，如果移动检测的计算复杂的话，对计算机的配置要求会比较高。下面是三种常见的图像处理方法介绍。

背景差法背景差法的原理非常简单：将前后两幅图像相减，得到的差作为结果图像。图片能够说明背景差法的原理。

图 4-1 是前景图(猫)加背景图(木星)。图 4-2 是背景图。图 4-1 减图4-2 的结果如图 4-3 所示，这样就得到了前景(不完全是前景，因为背景的灰度值并不为零，但至少可以得到前景的形状)。

背景差法是一种重要的运动检测方法,其难点在于如何进行背景更新。

投影法投影法是一种很自然的想法，有点像灰度直方图。为了得到更好的效果，投影法经常和阈值化一起使用。如下面的例子： 图 4-4 是著名的华盛顿纪念碑，下面用投影法自动检测到水平方向上纪念碑的位置。仔细观察，不难发现，纪念碑上象素的灰度都差不多而且与众不同，如果我们选取合适的阈值，做削波处理(这里选 175 到220)，将该图二值化，如图 4-5 所示：

由于纪念碑所在的那几列的白色点比起其他列多很多，如果把该图在垂直方向做投影，如图 4-6 所示。

模板匹配法利用模板匹配可以在一幅图像中找到已知的物体。比如抓拍到了一张射门的照片，要在该照片中找到足球的位置。这时就可以采用模板匹配的方法。所谓模板匹配，其实想法很简单：拿已知的模板(在本例中为足球的图像)，和原图像中同样大小的一块区域去对。 最开始时，模板的左上角点和图像的左上角点是重合的，拿模板和原图像中同样大小的一块区域去对比，然后平移到下一个象素，仍然进行同样的操作，所有的位置都对完后，差别最小的那块就是我们要找的物体。2