海洋PTZ熱成像：海岸警衛(wèi)隊(duì)行動(dòng)中的原理和應(yīng)用

海上環(huán)境是苛刻且不可預(yù)測(cè)的，對(duì)搜查和法律-執(zhí)法人員提出了非凡的要求。在黑暗或霧氣中，傳統(tǒng)攝像機(jī)通常會(huì)失敗，但是熱- ir ptz系統(tǒng)讓操作員“看到”熱量。通過檢測(cè)紅外（熱）能量而不是可見光的光，熱成像儀揭示了肉眼或正常攝像機(jī)無法使用的船隻，人和障礙物。因此，熱PTZ系統(tǒng)已成為基本工具用於海岸警衛(wèi)隊(duì) - 用於航行，避免碰撞，監(jiān)視，威脅檢測(cè)以及搜查- -救援。他們讓工作人員“變成黑暗變成一天”，全天候巡邏。

圖：黃昏的海岸警衛(wèi)隊(duì)巡邏艇。熱PTZ攝像機(jī)使容器能夠檢測(cè)到其他船隻，人或危害的熱特徵，即使在黑暗或視??野較低的情況下也是如此。

熱成像原理

熱成像儀是一個(gè)非接觸傳感器，可檢測(cè)物體發(fā)出並將其轉(zhuǎn)換為圖像的紅外輻射（熱）。與普通的攝像機(jī)（需要反射的可見光）不同，熱攝像機(jī)會(huì)感覺熱差異。在實(shí)踐中，鏡頭將IR能量集中在測(cè)量溫度差異的微光儀傳感器上（通常為640×480像素或更高）。即使是微小的對(duì)比度（小至0.01°C）也可以檢測(cè)到，並顯示為灰度或虛假-彩色視頻。溫暖的物體（人，發(fā)動(dòng)機(jī)，新鮮的油漆等）在涼爽的海水或天空中“發(fā)光”，使它們脫穎而出。因?yàn)樗形矬w都高於絕對(duì)零發(fā)射紅外，所以熱系統(tǒng)白天或晚上在雨，霧，煙霧或眩光中工作。例如，熱攝像機(jī)在夜間很容易在水中發(fā)現(xiàn)一個(gè)人，或者通過其熱簽名浮動(dòng)碎片，從而大大提高了24/7的情境意識(shí)。

PAN -TITT -ZOOM（PTZ）功能

PTZ攝像頭是電動(dòng)監(jiān)視攝像頭，可以在命令上鍋，傾斜（向上/向下），傾斜（向上/下）和變焦（光學(xué)放大）。在熱PTZ系統(tǒng)中，IR攝像頭安裝在攝取儀上，該神經(jīng)儀可以由操作員或自動(dòng)控件來指導(dǎo)。整個(gè)單元可以旋轉(zhuǎn)360°並垂直傾斜以掃描寬區(qū)域，而變量-焦點(diǎn)鏡頭放大目標(biāo)。這些動(dòng)作由精確伺服運(yùn)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，從而允許對(duì)相機(jī)的目標(biāo)和視野進(jìn)行遙控。例如，海岸站或船上控制臺(tái)可以將相機(jī)鋪在地平線上，然後使用變焦擴(kuò)大可疑的接觸以進(jìn)行識(shí)別。 PTZ功能意味著單個(gè)相機(jī)可以覆蓋大面積，並在不需要多臺(tái)固定攝像機(jī)的情況下鎖定移動(dòng)目標(biāo)。

海洋PTZ熱攝像機(jī)的主要特徵

• 陀螺儀-穩(wěn)定：船舶運(yùn)動(dòng)（俯仰和滾動(dòng)）模糊了放大圖像。因此，海洋PTZ攝像機(jī)包括機(jī)械陀螺儀-穩(wěn)定的甲板。高-端單元使用兩個(gè)-軸穩(wěn)定來抵消容器運(yùn)動(dòng)。例如，F(xiàn)lir的M364相機(jī)“實(shí)際上消除了使用陀螺儀傳感器和電動(dòng)安裝座的俯仰，抬高和偏航的影響”。在實(shí)踐中，當(dāng)船搖擺時(shí)，陀螺儀檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，伺服器旋轉(zhuǎn)相對(duì)的相對(duì)，以保持圖像穩(wěn)定。這種穩(wěn)定在遠(yuǎn)距離上是必不可少的，因?yàn)樵诜糯髸r(shí)，即使很小的振動(dòng)也會(huì)大大放大。通過穩(wěn)定，守望者即使在粗糙的海洋中也可以清晰，巖石-穩(wěn)定的遠(yuǎn)處目標(biāo)視圖。
  
  

• 多-傳感器成像：許多海洋PTZ單元結(jié)合了熱和可見的-光通道以獲得多功能性。典型的多-傳感器攝像機(jī)可能會(huì)將640×480 IR攝像機(jī)與高清顏色攝像頭（例如1080p）配對(duì)，甚至包括紅外線或LED聚光燈。例如，F(xiàn)lir M400集成了30×- Zoom HD顏色攝像機(jī)，並在其熱傳感器旁邊集成了一個(gè)緊密的光束LED聚光燈。晚上，熱通道揭示了熱特徵，而可見的通道（帶有變焦和光線）可提供清晰的識(shí)別（例如，容器顏色，ID號(hào)）。該融合使操作員可以確認(rèn)並分類觸點(diǎn)：熱視圖標(biāo)誌著熱源，而高清攝像頭則將其標(biāo)識(shí)為友好的船或可疑船隻。

• 光學(xué)變焦和檢測(cè)範(fàn)圍：熱PTZ攝像機(jī)使用連續(xù)的光變焦鏡頭來斑遠(yuǎn)處對(duì)象。變焦因子因模型（通常為4×，14×等）而異?？s放會(huì)縮小視野並放大場(chǎng)景，從而可以在遠(yuǎn)距離進(jìn)行小型觸點(diǎn)。例如，F(xiàn)LIR M400提供高達(dá)4倍連續(xù)的熱變焦（和30倍可見的變焦），以便即使在最大放大倍率下，容器或人也會(huì)保持“透明，清晰”。高光學(xué)變焦可將檢測(cè)範(fàn)圍擴(kuò)展到數(shù)公里，從而使長(zhǎng)-範(fàn)圍監(jiān)視成為可能。

• 雷達(dá)/AIS集成（slew - -提示）：高級(jí)PTZ系統(tǒng)可以與船上的雷達(dá)或AIS（自動(dòng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)）鏈接。通過適當(dāng)?shù)募?，在圖表上選擇雷達(dá)或AIS觸點(diǎn)將自動(dòng)將相機(jī)轉(zhuǎn)向該目標(biāo)。 Flir稱此相機(jī)為“將- - -提示”。實(shí)際上，船長(zhǎng)在多-功能顯示（MFD）上敲擊了檢測(cè)到的目標(biāo)，而PTZ立即旋轉(zhuǎn)到該軸承並開始跟蹤目標(biāo)。然後，相機(jī)可以鎖定在選定的觸點(diǎn)上並跟隨其運(yùn)動(dòng)。這大大減少了操作員的工作量，因?yàn)闊釘z像機(jī)是由船隻的主要監(jiān)視傳感器指示的。許多系統(tǒng)使用NMEA協(xié)議，使攝像機(jī)響應(yīng)雷達(dá)光標(biāo)位置，或自動(dòng)以ARPA（自動(dòng)雷達(dá)繪圖輔助）為中心。

• 自動(dòng)跟蹤：除了雷達(dá)提示之外，一些PTZ攝像機(jī)提供數(shù)字自動(dòng)-跟蹤。一旦指定了目標(biāo)，相機(jī)的處理器就可以在無需進(jìn)一步輸入的情況下不斷遵循它。例如，F(xiàn)lir的M400XR和M500型號(hào)包括視頻-跟蹤器模式：一旦移動(dòng)對(duì)像被鎖定在視圖中，系統(tǒng)就將其在移動(dòng)時(shí)將其居中。無論是在熱模式還是可見模式下，該跟蹤都可以無縫地工作，使操作員開關(guān)傳感器而不會(huì)失去目標(biāo)。自動(dòng)跟蹤對(duì)於監(jiān)視船，人員或搜索網(wǎng)格而不經(jīng)常調(diào)整相機(jī)是無價(jià)的。

• 增強(qiáng)的顯示模式：熱攝像機(jī)通常提供特殊的調(diào)色板和疊加層。例如，“ Instalert”突出了場(chǎng)景中最熱的位置（紅色/橙色）和“ ICEALERT”標(biāo)誌著異常冷的物體（藍(lán)色/綠色）。這些模式使您更容易一目了然地挑選人或開火。一些系統(tǒng)還支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：例如Raymarine的Clearcruise?覆蓋了AIS目標(biāo)，圖表航路點(diǎn)和導(dǎo)航輔助工具直接在實(shí)時(shí)熱圖像上。換句話說，可以在相機(jī)供稿上繪製圖表中的浮標(biāo)，其他船舶或土地特徵，從而使船員可以直觀地組合熱視頻和圖表數(shù)據(jù)。

• 堅(jiān)固的設(shè)計(jì)：海洋PTZ攝像機(jī)均為所有-天氣操作。他們使用防水，腐蝕-耐藥的外殼，並且可以在極端的溫度下運(yùn)行。例如，flir gimbals包括自動(dòng)-激活窗戶加熱器，以防止傳感器窗口上的冷凝或結(jié)冰。即使海洋噴霧，雨或寒冷可能會(huì)霧化鏡頭，這也確保了清晰的圖像。簡(jiǎn)而言之，這些單元經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可在海上生存和長(zhǎng)時(shí)間使用。

海岸警衛(wèi)隊(duì)和海事執(zhí)法部門的申請(qǐng)

搜索和救援：熱PTZ攝像機(jī)對(duì)於SAR是無價(jià)的。因?yàn)樗麄兛吹搅巳祟惖臒崃?，所以他們可以幫助工作人員在夜間或昏暗的光線下發(fā)現(xiàn)滯留或過於舷外的人。例如，一架美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)的直升機(jī)在夜間尋找失蹤的徒步旅行者時(shí)部署了一個(gè)過渡的紅外攝像頭，希望能在黑暗的地形上加熱她的身體熱量。 （雖然並非每次搜索都以救援而結(jié)束，但在這種情況下，F(xiàn)LIR團(tuán)隊(duì)特別是“使用熱成像來拾取任何人體熱簽名”。）更廣泛地說，代理商報(bào)告說，熱成像使他們可以在日落時(shí)延長(zhǎng)搜索時(shí)間。熱成像儀可以單獨(dú)通過熱量來檢測(cè)人員，救生衣，甚至可以救出耀斑，從而為救援人員提供關(guān)鍵的“頭開始”。海岸警衛(wèi)隊(duì)和合作夥伴通常依靠這些攝像機(jī)來清掃海岸線，冰場(chǎng)或開放水，大大增加了尋找倖存者的機(jī)會(huì)。

海上巡邏和執(zhí)法部門：海岸警衛(wèi)和港口警察使用熱PTZ單位進(jìn)行大型水道的常規(guī)巡邏。這些攝像機(jī)允許在夜間快速檢測(cè)非法活動(dòng) - 例如，發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)近海的釣魚船，走私者或未經(jīng)授權(quán)的船隻。 Flir指出，像Seaflir系列之類的系統(tǒng)在白天是“必不可少的” - - - -日常任務(wù)，例如離岸巡邏和防止非法捕魚。存在專門系統(tǒng)的攔截系統(tǒng)：SPI Corp.描述了一款長(zhǎng)-範(fàn)圍海上PTZ攝像機(jī)（M11系列）明確“針對(duì)海上應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化”，並有效地監(jiān)視了水道以進(jìn)行毒品走私。在實(shí)踐中，熱巡邏攝像機(jī)可能會(huì)掃描黑暗的海岸或港口，並立即揭示溫暖的發(fā)動(dòng)機(jī)或?qū)谒目床灰姷娜恕Ｒ虼?，禁止走私者或偷獵者變得更加實(shí)用 - 官員可以在接近岸上進(jìn)行追蹤和追蹤。

導(dǎo)航和避免危害：即使是外部執(zhí)行角色，熱PTZ攝像機(jī)也可以提高常規(guī)導(dǎo)航安全性。他們幫助船員避免遇到危險(xiǎn)的碰撞，這些危險(xiǎn)在晚上很難看到。例如，漂浮的碎屑，小釣魚浮標(biāo)甚至是深色-彩色冰山可以像熱對(duì)比一樣脫穎而出。正如一位官員所說，熱攝像機(jī)可以檢測(cè)“在任何照明條件下的浮動(dòng)物體，包括冰的浮動(dòng)物體”。同樣，在充血或眩光-充滿的水域（例如日出/日落）中，熱視圖可以切開光眩光，以揭示其他船隻的熱特徵。通過與導(dǎo)航顯示器集成，熱攝像機(jī)還可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)確定的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而提醒機(jī)組人員採(cǎi)取逃避行動(dòng)?？偠灾@些相機(jī)充當(dāng)強(qiáng)大的夜晚/低-光線視覺系統(tǒng)，用於船橋，當(dāng)可見度受到限制時(shí)，可大大提高安全性。

海上安全和保障的好處

熱PTZ攝像機(jī)提供圓形-時(shí)鐘視覺，並顯著擴(kuò)大了操作效果。他們“賦予執(zhí)法部門完成任務(wù)24×7的權(quán)力，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤诎担汗夂桶滋於纪瑯映錾?。機(jī)組人員指出，熱成像為海洋操作增添了真正的“第六感”。例如，即使是人眼的小溫度差異也會(huì)變得顯而易見，因此守望者可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)水中的人或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常光範(fàn)圍的隱藏容器。熱攝像機(jī)在不利的天氣中也可靠地表現(xiàn)出色 - 通過輕霧，煙霧，雨或眩光，因此在情況惡化時(shí)，巡邏隊(duì)不會(huì)被迫站立。

將熱PTZ單元與船上電子設(shè)備的集成產(chǎn)生完整的情況。攝像機(jī)可以覆蓋熱視頻和圖表和雷達(dá)數(shù)據(jù)。例如，ClearCruise AR功能將實(shí)時(shí)視頻與AIS目標(biāo)和導(dǎo)航標(biāo)記融合在一起，因此巡邏器立即意識(shí)到溫暖的碎片是友好的貨船還是未知的船。 slew - -提示集成是指伴奏，雷達(dá)和圖表系統(tǒng)的工作，從而減少操作員的工作量。實(shí)際上，攝像機(jī)變成了力量乘數(shù)：一個(gè)監(jiān)視PTZ的操作員可以覆蓋否則需要許多巡邏船或監(jiān)視的區(qū)域。

也許最重要的是，熱PTZ系統(tǒng)是生命-挽救和成本-有效。代理商報(bào)告說，單個(gè)搜索-和-救援成功通常證明設(shè)備的及時(shí)成本是合理的。正如一位評(píng)論家指出的那樣：“一個(gè)搜救任務(wù)可以單獨(dú)節(jié)省一個(gè)人的熱成像儀，更不用說挽救一個(gè)人的生命的能力了。 ”在實(shí)際情況下，與隨機(jī)搜索相比，被熱量迅速發(fā)現(xiàn)的受害者更快地拯救了小時(shí)。通過給海上執(zhí)法和救援團(tuán)隊(duì)，這種增強(qiáng)的願(yuàn)景（實(shí)際上是“看不見”）PTZ熱攝像機(jī)顯著提高了他們保護(hù)的響應(yīng)者和公眾的安全性。