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全景可辨全时可用在立体化社会治安防控体系中的应用

立体化社会治安防控体系

随着依法治国战略的全面推进和平安中国建设的积极深入,2015年,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于加强社会治安防控体系建设的意见》。意见从加强社会治安防控网建设、提高社会治安防控体系建设科技水平、完善社会治安防控运行机制、运用法治思维和法治方式推进社会治安防控体系建设、建立健全社会治安防控体系建设工作格局等五大方面提出了具体措施。其后,国家发展改革委、中央综治办、公安部等9部委发布《关于加强公共安全视频监控建设联网应用工作的若干意见》,公安部发布《关于进一步加强公安机关视频图像信息应用的意见》,文件要求着力提高动态化、信息化条件下驾驭社会治安局势能力,以确保公共安全、提升人民群众安全感和满意度为目标,以突出治安问题为导向,以体制机制创新为动力,以信息化为引领,以基础建设为支撑,坚持系统治理、依法治理、综合治理、源头治理,健全点线面结合、网上网下结合、人防物防技防结合、打防管控结合的立体化社会治安防控体系。

在加强社会治安防控网建设方面,明确要求加强社会面、重点行业、乡镇(街道)和村(社区)、机关企事业单位、信息网络防控网建设。在完善社会治安防控运行机制方面,要求健全社会治安形势分析研判机制、实战指挥机制、部门联动机制、区域协作机制,增强打击违法犯罪、加强社会治安防控工作合力。同时,还要加强信息资源互通共享和深度应用,加快公共安全视频监控系统建设,提高社会治安防控体系建设科技水平。

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公安实战应用系统建设趋势

公安实战应用系统是依托公共安全视频监控联网系统和安防创新科技能力,深化公安信息化建设和应用,构建的打、防、管、控一体化、网上网下一体化的立体化安防系统。根据治安、警务、指挥、决策、刑侦、反恐、应急等公安实战业务管理应用需求,为公安各部门、各警种提供快速、高效、准确的智能检索、分析、比对、关联、数据挖掘等智能化实战服务,全面提升公安信息化应用水平和各部门协同防控能力。

自2004年开展平安城市建设以来,经过10余年的总结探索,公共安全视频监控联网系统已经初步形成了从顶层设计到精准规划的建设思路和建设方案,体现出“全域覆盖、全网共享、全景分辨、全时可用”的建设目标。

首先,通过采集城市各级道路、桥梁、社区、村庄和学校、医院、银行、机场、车站、港口、广场等重点单位要害部位的分布现状及原有视频监控网建设情况等基础数据,制定视频监控点位的设置规范,规划出监控点位的建设规模、数量和具**置。未来目标是建成“道路交叉口全断面监控、城区道路接力监控”和“重点单位、要害部位视频监控无盲区,住宅小区出入口和人员密集区域视频监控无死角,普通企事业单位视频监控基本全覆盖”的视频监控网。

其次,根据城市区域特点和发展规划,建设“圈、块、格、线、点”布局的视频监控网布局——以环城路网为区隔的多级防控“圈”,以行政区划为边界可明确管控责任的“块”,以块内主管卢和次干路为网脉络的封闭式棋盘网“格”,通过路口路段监控点位可掌握人车动态的轨迹“线”,以及城市防控的关键“点”,达到区域全面监控、时空无缝对接、目标全程追踪的防控目标。

再次,各部门信息资源共享,实现视频监控一张网。通过视频监控网络提供的大数据,围绕“人、车、物、事、组织”治安防范五要素,经过深度开发和应用,建立视频图像资源库、智能化图像分析组件库和大数据分析检索引擎,依托公共安全视频监控联网系统和公安实战应用系统,不仅为打击犯罪、维稳处突提供有力技术支持,在城市管理、服务民生、抢险急救等方面也发挥着更加重要的作用。

最后,提高图像采集的技术水平,不但通过提升高分辨率摄像机的建设比例获取更大场景视野,还要解决夜间低照度下视频监控的成像难题,改善暗处图像看不清以及红外线下黑白图像损失细节信息的问题,此外,通过运维系统保证视频监控点位的日常完好率,实现全景分辨和全时可用的目标。

全景分辨全时可用的作用价值

公共安全视频监控联网系统和公安实战应用系统建成后,可充分整合政府和社会面的图像资源,可实时掌握现场情况,对各类现场“事前预警”,提前发现异常情况,提高事前发现的能力;二是便于及时获取各类信息,提高快速反应能力,及时调整部署警力把握防控的主动权,并在处置突发事件中,可向现场人员发布命令,实施扁平化指挥;三是通过图像结构化信息,搜集各类线索,通过大数据分析进行综合研判,为案件侦破和事后分析提供翔实证据。

但是图像作为公安治安防范和案件侦破的重要依据,长期以来都难以回避夜间视频质量差,看不清暗处的问题。虽然200万像素高清摄像机的普及和红外灯技术的成熟,使得夜间成像能力有所提升,但低照度时噪点大和黑白图像的效果使得图像线索中缺少颜色和细节信息。

于是,低照度作为高清摄像机的一项重要性能指标逐渐得到关注。低照度性能卓越的高清摄像机可以满足弱光下的清晰彩色图像,在全黑环境或者照度极低的情况下也可提供清晰的黑白图像。随着低照度技术的发展进步,2012年开始,一线安防厂商开始重视星光级超低照度的摄像机产品的研发,在光照正常的环境下,星光级摄像机能够保持亮丽、正常成像效果;而当光线变暗,如昼夜转换时,星光级摄像机画面保持彩色、流畅和清晰无拖尾的低照度成像。星光级摄像机的出现,彻底解决了夜间监控的光线昏暗不清图像或是红外灯下黑白图像的问题。随着全景分辨全时可用在立体化社会治安防控体系的要求,星光级摄像机以及新一代的超星光摄像机逐渐成为平安城市系统中的主要组成部分。星光级摄像机针对不同的应用场景实现了专业化和系列化,以天地伟业的星光级产品为例,包括星光枪机、星光球机、星光激光夜视仪等不同品类,星光枪机主要用于道路定点监控,针对全景和大场景,星光球机主要用于动点监控,针对特写和长距离监控,激光夜视仪主要用于城市制高点、边防、海防等领域,兼顾大场景和小细节。

低照度摄像机现状

摄像机由镜头、传感器、滤光片、DSP信号处理电路等组成。在星光级摄像机问世之前,低照度摄像机内部选用具有高感光度特征的图像传感器芯片;通过双滤光片切换机构和彩转黑方式实现日夜型图像功能;在图像编码过程中采用图像降噪增强技术,外部通过红外灯、白光灯或激光等进行环境补光。摄像机厂商通过一种或多种技术组合的方式提升低照度下的图像效果,通常有三种方式:

1、日夜型和彩转黑,采用双滤光片切换机构。在白天和光线充足条件下,使用红外截止滤光片,修正白天偏色问题,确保清晰高品质的彩色图像。在夜间或光照低情况下,切换为另一片全透光谱滤光片,传感器变到黑白状态,提升夜晚亮度,捕捉明亮高对比度的黑白图像。该方式应用比较普遍。

2、低速快门(慢快门/帧累积),连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来,成为一个图像清晰的画面。由于开启该功能之后,虽然可以获得较清晰的图像,但动态画面会有非常严重的拖尾,因此这类摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆、夜间生物活动观察、夜间军事海岸线监视等静态场景的监视,但不适合城市道路等动态监控。

3、超感光度,通过提升摄像机图像传感器的感光度,结合DSP图像效果处理,实现极低照度下的清晰彩色图像。由于图像传感器进步较快,DSP图像增强技术也逐步突破,从而保证高清摄像机不仅白天画质好,夜间也能看清楚。例如天地伟业推出的星光级和超星光系列摄像机可在极低照度下可以看到动态彩色图像。

星光级摄像机技术

经过长期实验和探索,要达到星光级低照度,需要从高清镜头、低照度感光器件等硬件入手,同时优化ISP图像处理性能,通过软硬件相结合从而获得更高画质的夜间效果。

高清镜头

镜头可摄取光线的多少直接决定了成像的清晰度。用进光量衡量镜头摄取光线的多少,用F值(光圈)表示。焦距相同的条件下,镜头口径越大,F值越小,镜头进光量就越大。常见大光圈镜头F值为1.2。

感光器件

摄像机常用的感光器件分为CCD和CMOS,随着高清的普及,CMOS技术得到较大发展,特别是低照效果有了质的提升,比传统CMOS提升一倍以上,已经与CCD传感器接近,集成度更高,功能更加丰富、性价比更高。大靶面的感光器件感光度越好。

普通模拟摄像机大约为30万像素,而高清摄像机则至少是200万像素,像素点是模拟摄像机的8倍,这样一来,每一个像素的感光面积只有模拟摄像机的1/8,传感器必须采用新技术,才能保证夜间的高清画质。例如STARVIS系列传感器,采用背照式像素技术,具有每1μm2 2000mV或以上的感光度,能够高效获取近红外光,在夜间也能清晰拍摄。

图像DSP处理

低照度摄像机不仅依赖硬件,图像处理算法也起到非常突出的作用,比如彩转黑技术、帧累积技术、降噪技术等都可以提升高清低照度的效果。这是由于高清网络摄像机在低照度下的图像噪点会比光线较好时增加很多,因此,各种数字图像降噪算法就有了用武之地,比如,处理静态画面时使用三维滤波,而动态时则使用二维滤波。两种降噪算法结合使用,可以保留重要的细节,使图像更加平滑,并可以尽量减少运动物体形成的拖影,同时极大的改善视频的闪烁感。

同样的传感器和镜头,相同的硬件平台,各厂家摄像机的低照效果却差异较大,这是因为降噪处理和伽马曲线调整就是很重要的图像处理手段。噪点会使图像显得不清晰,但降噪不当又会造成严重的雾感和拖影,丢失细节。伽马曲线数值设置过高会让画面的对比度增加,画面变暗,画质通透,但是会丢失细节;设置过低又会使图像变亮,细节会增加,但是画质通透度变差。ISP图像处理算法体现了厂家自身的研发能力。

如何甄别星光级摄像机

目前市面上很多厂家都宣称有低照度星光摄像机,如何正确识别?我们通常用照度(Lux)作为衡量摄像机在低照度环境下的图像细节还原能力。真正意义的高清星光应为在0.002Lux的环境光线照度下能还原出彩色无拖尾的流畅图像。即借助环境光可以在黑夜看见目标,如果环境光线不足,会切换为红外灯补光黑白图像。

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如何测量网络摄像机产品的低照度性能呢?不同的厂家有不同的方法,仅凭摄像机的数字指标并不能真正反映出实际性能。一般可以从亮度、黑电平、信噪比、分辨率四个指标进行评价,测量数值最高的一个则被定义为最低工作照度要求。但对摄像机的4个参数分别测量时,很难通过调整增益水平和图像处理方法来对摄像机的整体性能进行补偿,例如提高增益水平可能会提高图像亮度,但同样会增加画面噪点数量,造成较低的信噪比。因此系统的整体测量结果能够真实反映出摄像机低照水平,这对于测试环境设备和方法提出了较高要求。

以天地伟业2016年竣工的国家级视频监控实验室(国家地方联合工程实验室)为例,可以进行各种复杂环境下的动态视频测试:

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专业测试卡片:灰阶卡、锐化测试卡、色彩还原测试卡、噪声测试卡、噪点Log对数反差卡。

专业测试仪器:星光级低照度测试仪、透射灯箱、以及多元化实景。

低照测试环境:星光级低照度测试仪,最低照度可达0.0001lux,可以模拟从太阳落山到漆黑的郊外午夜,满足星光级及微星光的测试要求。

专业色温模拟系统:多色温反射光源系统,可以模拟8种单色温和4万多种混合色温。针对视频画面中经常出现的场景,例如高反光,多色彩,细节较多的场景进行模拟,保证摄像机在各种环境下使用,视频可视效果都能达到最优。

专业测试系统:使用Imatest系统进行图像质量分析,用万分位照度仪进行照度数据监测。

超星光摄像机技术

天地伟业星光产品推出后,迅速占领了低照度摄像机市场赢得用户认可和行业技术趋势的调整,2016年低照效果再次升级,推出超星光系列产品,最低照度达到0.0008Lux,不再需要红外补光,真正实现24小时全彩监控。

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首先,超星光摄像机采用了极限光圈超星光镜头,独有光路设计,F1.2超大光圈,超低色散,多层镀膜,捕捉环境光的能力到达极致。

其次,超星光摄像机搭载TVP超视觉技术,通过ISP图像处理算法软件的效果调优,从4个方面提升视频效果:一、通过时域、空域高精度双边滤波降噪,达到更高信噪比;二、宽色域白平衡技术,使色彩准确度提升30%;三、灰度分布自适应曲线图像增强技术,使视频可视化效果提升38%;四、自适应锐化技术,达到更高的图像锐度。

最后,超星光摄像机采用超低照度的传感器,超大靶面尺寸,对低照效果处理能力更强,彩色最低照度达到0.0008Lux。

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展望

任何低照度摄像机都需要有一定的光线才可使用,没有任何光线的0LUX(没有可见光)摄像机是没有的,这种情况需要用红外灯补光。星光级和超星光摄像机的突破,使得高清视频监控系统可以满足弱光和低照等特殊场合等多种环境应用,满足了立体化社会防控体系中关于全景可辨全时可用的要求,也使得公共安全视频监控联网系统和公安实战应用系统在增强防范打击犯罪的同时,与其他部门例如交通、安监、城管、水务、园林、环保等政府职能部门资源共享,实现跨区域、跨部门公共视频图像信息的常态化和一体化应用,打破了原来的“信息孤岛”,避免了资源浪费,进一步提高服务社会的管理水平。

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