浅谈红外热成像技术在高速公路视频监控中的应用

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随着高速公路的发展，管理单位和社会对高速公路视频监控的要求越来越高，但现有低照度摄像机、红外LED补光、激光夜视等技术均不能很好的实现夜间和雾霾等恶劣条件下的视频监控。红外热成像技术可以应用到高速公路的视频监控中来，实现0照度和雾霾天气下的全候视频监控，提高高速公路运营管理单位管理水平。

　
　　1、高速公路视频监控的发展及存在问题
　　高速公路与一般公路相比，具有封闭性高、交通流量大、设计时速快等特点，为保安全畅通，高速公路运营管理单位要求对高速公路进行视频监控，掌握高速公路运营情况。目前视频监控技术还是要依赖自然光。光照条件良好条件下，监控质量可以保证，而在光照条件恶劣的夜间情况下、雾霾天气下却成了睁眼瞎，无法获得有效的监控图像。
　　针对夜间监控的要求，发展出了红外LED补光摄像技术、激光夜视技术。但是目前这两种技术应用到高速公路干线全程监控上均有一定缺陷。LED补光可以满足近距离监控要求，但受限于大功率LED技术限制，百米外监控效果较差。如果片面追求远距离监控效果，就要减小LED发射角，在大场景监控时，LED补光区域只是一个亮斑，形成手电筒效应不能满足监控要求。激光夜视系统由激光辅助照明、可变焦镜头、彩转黑低照度摄像机组合而成，配备复杂的激光变焦系统，对激光的发射角进行调节，实现照明区域可变。但是激光变焦系统很难与摄像机的可变焦镜头同步，调节繁琐。
　　针对这些问题，红外热成像技术这种被动成像系统就显示出他的优势。
　　2、红外热成像技术的原理及发展
　　在自然界中，一切物体都会辐射红外光，如果我们能利用仪器检测出目标物像与背景的红外光差别，就可以得到红外光图，从而对目标物进行监测。这解决了夜间监控问题。
　　红外线在大气中传输会受大气中二氧化碳、水分、灰尘等成分影响而衰减，但在3～5微米和8～14微米这两个波段衰减较小，这两个波段也被称为红外大气窗口。利用红外线传播的这个特性，可以解决在雨雪、雾霾天气条件下的视频监控问题。
　　目前发展较成熟的非致冷焦平面红外热成像系统的工作原理是：光学系统接收目标物的辐射，经过光谱滤波，将目标范围内的红外辐射投射到红外探测成像模块中，红外模块经过对焦平面信息收集，A/D变换，积分，获得红外面阵信号。因信号较弱，且缺乏可见光图像的层次和立体感，经视频信号处理单元进行滤波、放大、整形、伪彩填充等处理，生成视频信号，输出供监视器显示或传输设备向调度中心传输。
　　3、红外热成像技术在高速公路中的应用
　　因高速公路难以做到全路段人工辅助照明，普通视频监控技术无法在黑夜达到良好的监控效果，LED和激光补光又有距离和手电筒效应的问题且不能解决雨雪雾霾对监控的影响。而红外热成像摄像机可以被动接收高速公路上车辆、物体的红外辐射，无论白天、黑夜都可以实现24小时监控。在雨雪雾霾天气下，由于可见光波穿透大气中障碍物的能力差，影响监控的效果，而红外光的大气窗口特性使得红外热成像摄像机可以克服雨雪、雾霾天气的影响，从而实现全天候的实时监控。
　　近年，我国已经能生产出符合高速公路实际应用要求的红外热成像摄像机。这种摄像机内部采用高清镜头配合200万可见光高清彩转黑摄像机与640X480大口径非制冷热成像摄像机自动切换工作，摄像机在光照条件好时间采用可变可见光镜头，配合高清CCD摄像机，可观察2km-10km距离内车辆细节。在夜间采用105mm/155mm光学变焦红外热成像，生成640X480分辨率红外图像，可发现2km-10km零照度夜间目标轮廓。热成像温度探测灵敏度可达35mk，灵敏度高，画面细腻，受雾雨雪天气影响小。摄像机集成度高，可以方便的升级替换现有的视频监控摄像机。
　　经过实际测试表明：红外热成像摄像机可以分辨高速公路上行驶的车辆类型，基本外观，能及时发现夜间交通异常问题，可彻底改变夜间睁眼瞎的状况，大大提升高速公路管理单位的管理水平。
　　4、红外热成像技术的缺点
　　（1）视频对比度差、分辨低。由于红外热成像靠目标物体的表面温度差成像，而普通物体的表面温度差别并不显著，造成图像对比度差。另外，由于红外检测元件的限制，图像分辨率还在D1格式附近，与目前新兴的720P、1080P高清差距甚远。
　　（2）图像无色彩，观感差
　　因红外热成像系统只检测设定频段内的红外线，图像没有颜色信息，通常以灰度图像显示。即使添加伪彩，也不可能再现车辆表面颜色。
　　（3）不能穿透车窗观测驾驶人员信息
　　因红外热成像系统由红外温感成像，像车窗玻璃这种透明物体对温度来说却是障碍物，红外热成像摄像机不能捕捉车窗后面的信息，也就丧失了对驾乘人员的观测、判别能力。
　　（4）造价昂贵
　　由于非致冷焦平面红外控测元件主导权仍在国外，红外热成像摄像机造价昂贵，短期内还无法解决成本障碍。但我们相伴随着新技术的突破、应用，红外热成像摄像机必将降价普及。

　　经过实际测试我们可以发现，红外热成像技术可以应用于高速公路监控，实现24小时全天候视频实时监控。但目前由于技术限制和成本原因还不能普遍代替现在监控技术，但随着技术发展，这一技术必然会成为视频监控系统的重要组成部分，提高高速公路运营管理水平，服务于现代化建设。

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