吳云鵬，秦勇，謝征宇，崔圣青

（1. 北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實驗室，北京 100044；3. 中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 濟(jì)南通信段，山東 濟(jì)南 250000）

高鐵線路視頻監(jiān)控?zé)岢上駭z像機(jī)測試

吳云鵬1，2，秦勇2，謝征宇2，崔圣青3

（1. 北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實驗室，北京 100044；3. 中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 濟(jì)南通信段，山東 濟(jì)南 250000）

介紹高鐵線路視頻監(jiān)控?zé)岢上駭z像機(jī)的室內(nèi)和室外測試情況，主要包括測試環(huán)境、設(shè)備參數(shù)、測試方案和測試結(jié)果。在滿足高鐵線路視頻監(jiān)控要求情況下，測試并驗證指定設(shè)備在白天、夜間的目標(biāo)識別與報警能力。

視頻監(jiān)控；熱成像攝像機(jī)；性能測試；MRTD；NETD；目標(biāo)識別；報警能力

0 引言

依據(jù)中國鐵路總公司鐵總建設(shè)〔2016〕18號文的要求，鐵路線路區(qū)間隧道口、公跨鐵立交橋、橋梁救援疏散通道、沿線設(shè)備機(jī)房內(nèi)外、調(diào)度局界口和車站咽喉區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域主要采用高清攝像機(jī)進(jìn)行晝夜監(jiān)視[1]。但由于周界鐵路情況復(fù)雜，高清攝像機(jī)應(yīng)用中的一些問題日益凸顯，例如在惡劣天氣、飛蟲干擾或照度較低的條件下，很難濾除干擾得到有用的視頻圖像，使整個安全防范系統(tǒng)在夜間或惡劣天氣等條件下的防范能力大打折扣。熱成像攝像機(jī)利用目標(biāo)與周圍環(huán)境之間溫度差異所產(chǎn)生的熱對比度進(jìn)行成像，因其特有的功能和具有不受環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)，正廣泛應(yīng)用于安防領(lǐng)域[2]。目前鐵路領(lǐng)域規(guī)模性的熱成像應(yīng)用仍很少，為此中關(guān)村軌道交通視頻與安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（簡稱聯(lián)盟）組織相關(guān)測試，通過模擬高鐵線路實際情況，驗證熱成像攝像機(jī)在高鐵線路監(jiān)控中的適用性。期望以測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，為設(shè)計院、建設(shè)單位、使用單位以及相關(guān)主管部門提供有效的參考依據(jù)。

1 測試項目和環(huán)境

1.1 測試項目

測試主要針對室內(nèi)和室外2個測試場景。室內(nèi)測試主要包括最小可分辨溫差（MRTD）和噪聲等效溫差（NETD）等性能測試。MRTD是量度整機(jī)性能的一個重要參數(shù)，不僅包括系統(tǒng)特性，也包括觀察者的主觀因素。借助MRTD可對整機(jī)空間分辨率和溫度分辨率進(jìn)行綜合評價。NETD是在視場中產(chǎn)生的輸出信號值等于噪聲均方根值時目標(biāo)和背景之間的溫度差，即系統(tǒng)能夠識別的最小信號值，它客觀反映熱像儀對目標(biāo)溫度的探測靈敏度。室外測試主要包括智能分析等功能測試和目標(biāo)檢測距離等性能測試。具體測試項目見圖1。

圖1 測試項目

1.2 測試地點(diǎn)與環(huán)境

室內(nèi)測試項目MRTD和NETD由中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所（簡稱中電11所）協(xié)助測試。室內(nèi)測試環(huán)境：溫度25.3 ℃，濕度61.8%RH；室外測試地點(diǎn)選在北京郊區(qū)南口某地直線距離3 km道路，周圍500 m范圍內(nèi)無固定和移動照明光源。室外測試環(huán)境：溫度26 ℃，濕度33%RH，PM2.5值55，白天照度500～600 LX，夜間照度0.002 LX。

2 測試方案

2.1 室內(nèi)測試

2.1.1 測試時間

2017年8月8日9：00—17：30。

2.2.2 測試方法

（1）特征頻率F采用式（1）計算得出：

式中：f為鏡頭焦距；p為像元尺寸。

（2）攝像機(jī)焦距和鏡頭F數(shù)采用廠家設(shè)備說明書相關(guān)參數(shù)。

（3）攝像機(jī)MRTD和NETD由中電11所的紅外整機(jī)測試系統(tǒng)測試得出。該系統(tǒng)主要由準(zhǔn)直系統(tǒng)、黑體及靶標(biāo)、采集控制系統(tǒng)、二維轉(zhuǎn)臺等組成（見圖2），可完成短波、中波、長波熱像儀的測試需求，其工作原理見圖3。其中準(zhǔn)直系統(tǒng)由1個離軸拋物面鏡及1個平面鏡組成，反射鏡均采用硬金屬鍍膜來保證對可見光至遠(yuǎn)紅外光的高傳輸率，黑體與靶標(biāo)放置在準(zhǔn)直系統(tǒng)的焦面處，涂覆高輻射率涂層保證可見光至遠(yuǎn)紅外光的傳輸率，并且能夠準(zhǔn)確模擬具有一定溫差的均勻無限遠(yuǎn)目標(biāo)。被測熱像儀放置在準(zhǔn)直儀的平行光路中，通過目視監(jiān)視器或采集處理熱像儀的輸出信號可獲得熱像儀MRTD、NETD、視場等各項主客觀參數(shù)。

圖2 紅外整機(jī)測試系統(tǒng)基本組成

圖3 紅外整機(jī)測試系統(tǒng)工作原理示意圖

中電11所利用Optikos公司I-SITE型紅外整機(jī)測試系統(tǒng)進(jìn)行測試（見圖4），其基本參數(shù)為：平行光管焦距為2 998 mm，平行光管口徑為300 mm，黑體溫度精度為±0.01 ℃，轉(zhuǎn)臺精度為±20"。

圖4 I-SITE型紅外整機(jī)測試系統(tǒng)

2.2 室外測試

2.2.1 測試時間

2017年8月15日14：30—22：50，其中，14：30—19：30進(jìn)行白天測試，20：50—22：50進(jìn)行夜間測試。

2.2.2 測試方法

室外測試對各廠家設(shè)備的主要功能和性能測試驗證方法如下：

（1）強(qiáng)光恢復(fù)能力：在工作狀態(tài)下，太陽直射熱成像鏡頭后停止照射，一段時間后圖像應(yīng)能恢復(fù)正常。

（2）觸發(fā)聯(lián)動：當(dāng)偵測區(qū)域各個方位進(jìn)入活動目標(biāo)時，驗證設(shè)備觸發(fā)聯(lián)動功能。

（3）漏報警率：統(tǒng)計單位時段的漏報警差值比率σ=1-C/N，N為單位時間內(nèi)防區(qū)實際入侵次數(shù)，C為單位時間內(nèi)系統(tǒng)識別報警次數(shù)。

（4）接口標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)廠家設(shè)備說明書。

（5）區(qū)域測試和目標(biāo)監(jiān)測距離測試：根據(jù)攝像機(jī)焦距和能見度等，確定距離L值，然后測試不同攝像機(jī)在不同距離L處的檢測能力。在畫面視野中確定虛擬防區(qū)邊界，移動測試目標(biāo)（人）按照行進(jìn)方向和徘徊方向由防區(qū)外進(jìn)入防區(qū)內(nèi)，同時進(jìn)行錄像和特寫圖像抓拍（見圖5）。

圖5 目標(biāo)監(jiān)測距離測試

3 室內(nèi)測試結(jié)果

室內(nèi)測試結(jié)果及測試設(shè)備參數(shù)見表1。根據(jù)各廠家攝像機(jī)的MRTD和NETD值以及工程應(yīng)用分析，各設(shè)備成像質(zhì)量均達(dá)到工程應(yīng)用能夠接受的最基本標(biāo)準(zhǔn)。

4 室外測試結(jié)果

4.1 室外目標(biāo)監(jiān)測距離標(biāo)準(zhǔn)

聯(lián)盟測試大綱對不同設(shè)備焦距列出目標(biāo)監(jiān)測距離標(biāo)準(zhǔn)（見表2），不低于此測試標(biāo)準(zhǔn)的熱成像攝像機(jī)能滿足鐵路區(qū)間線路視頻監(jiān)控設(shè)備的要求[3-5]。被測設(shè)備根據(jù)焦距，按不同距離分別進(jìn)行白天和夜間測試，通過分析錄像和抓拍圖像檢測目標(biāo)的識別與報警。白天測試項目和夜間測試項目分別見表3、表4。

表1 室內(nèi)測試結(jié)果及測試設(shè)備參數(shù)

表2 目標(biāo)監(jiān)測距離測試標(biāo)準(zhǔn)

表3 白天測試項目

表4 夜間測試項目

4.2 測試結(jié)果分析

被測圖像分為可發(fā)現(xiàn)和可報警，白天和夜間不同測試距離的測試結(jié)果見圖6—圖13。

圖6 白天300 m測試

圖7 白天400 m測試

圖8 白天500 m測試

圖9 白天1 000 m測試

圖10 夜間300 m測試

圖11 夜間400 m測試

圖12 夜間500、600、700 m測試

圖13 夜間1 500 m測試

5 結(jié)束語

在測試（觀測）環(huán)境比較嚴(yán)酷的條件下對不同廠家熱成像攝像機(jī)進(jìn)行測試，測試結(jié)果達(dá)到了工程應(yīng)用能夠接受的最基本標(biāo)準(zhǔn)。各廠家設(shè)備在白天、夜間均達(dá)到測試大綱要求。白天即使在能見度比較低、照度也比較低（傍晚測試）的情況下，熱成像攝像機(jī)也能取得良好的監(jiān)視效果。聯(lián)盟將根據(jù)工程需要繼續(xù)開展異物分析、計算誤報率和復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)識別等項目測試。

[1]鐵總建設(shè)〔2016〕18號 關(guān)于發(fā)布設(shè)計時速200 km及以上鐵路區(qū)間線路視頻監(jiān)控設(shè)置有關(guān)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)的通知[S].

[2]韓凜，于燕青. 熱成像技術(shù)在鐵路監(jiān)控中的應(yīng)用[J].中國鐵路，2014(5)：112-114.

[3]TB 10006—2005 鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計規(guī)范[S].

[4]鐵總建設(shè)〔2007〕39號 鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定[S].

[5]GB 50348—2004 安全防范工程技術(shù)規(guī)范[S].

Test of Thermal Imaging Cameras Used in HSR Video Surveillance

WU Yunpeng1，2，QIN Yong2，XIE Zhengyu2，CUI Shengqing3
（1. Transportation School，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. Key National Laboratory of Rail Transit Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；3. Ji’nan Communication Depot，China Railway Ji’nan Group Co Ltd，Ji’nan Shandong 250000，China）

This paper looks at indoor and outdoor tests of thermal imaging cameras used in high-speed railway video surveillance, including test environment, equipment parameters, and test plan and results. In meeting the requirements of high-speed railway video surveillance, the study tests and verifies the target recognition and alarm capabilities of speci fi ed equipment in daytime and during the night.

video surveillance；thermal imaging camera；performance test；MRTD；NETD；target recognition；alarm capability

U298

A

1001-683X（2017）12-0088-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.088

吳云鵬（1987—），男，博士研究生。E-mail：18611349019@139.com

秦勇（1971—），男，教授。E-mail：yqin@bjtu.edu.cn

責(zé)任編輯 盧敏

2017-11-03