全景可辨全時(shí)可用在立體化社會(huì )治安防控體系中的應用

立體化社會(huì )治安防控體系

　　隨著(zhù)依法治國戰略的全面推進(jìn)和平安中國建設的積極深入，2015年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強社會(huì )治安防控體系建設的意見(jiàn)》。意見(jiàn)從加強社會(huì )治安防控網(wǎng)建設、提高社會(huì )治安防控體系建設科技水平、完善社會(huì )治安防控運行機制、運用法治思維和法治方式推進(jìn)社會(huì )治安防控體系建設、建立健全社會(huì )治安防控體系建設工作格局等五大方面提出了具體措施。其后，國家發(fā)展改革委、中央綜治辦、公安部等9部委發(fā)布《關(guān)于加強公共安全視頻監控建設聯(lián)網(wǎng)應用工作的若干意見(jiàn)》，公安部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強公安機關(guān)視頻圖像信息應用的意見(jiàn)》，文件要求著(zhù)力提高動(dòng)態(tài)化、信息化條件下駕馭社會(huì )治安局勢能力，以確保公共安全、提升人民群眾安全感和滿(mǎn)意度為目標，以突出治安問(wèn)題為導向，以體制機制創(chuàng )新為動(dòng)力，以信息化為引領(lǐng)，以基礎建設為支撐，堅持系統治理、依法治理、綜合治理、源頭治理，健全點(diǎn)線(xiàn)面結合、網(wǎng)上網(wǎng)下結合、人防物防技防結合、打防管控結合的立體化社會(huì )治安防控體系。

　　在加強社會(huì )治安防控網(wǎng)建設方面，明確要求加強社會(huì )面、重點(diǎn)行業(yè)、鄉鎮(街道)和村(社區)、機關(guān)企事業(yè)單位、信息網(wǎng)絡(luò )防控網(wǎng)建設。在完善社會(huì )治安防控運行機制方面，要求健全社會(huì )治安形勢分析研判機制、實(shí)戰指揮機制、部門(mén)聯(lián)動(dòng)機制、區域協(xié)作機制，增強打擊違法犯罪、加強社會(huì )治安防控工作合力。同時(shí)，還要加強信息資源互通共享和深度應用，加快公共安全視頻監控系統建設，提高社會(huì )治安防控體系建設科技水平。

公安實(shí)戰應用系統建設趨勢

　　公安實(shí)戰應用系統是依托公共安全視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統和安防創(chuàng )新科技能力，深化公安信息化建設和應用，構建的打、防、管、控一體化、網(wǎng)上網(wǎng)下一體化的立體化安防系統。根據治安、警務(wù)、指揮、決策、刑偵、反恐、應急等公安實(shí)戰業(yè)務(wù)管理應用需求，為公安各部門(mén)、各警種提供快速、高效、準確的智能檢索、分析、比對、關(guān)聯(lián)、數據挖掘等智能化實(shí)戰服務(wù)，全面提升公安信息化應用水平和各部門(mén)協(xié)同防控能力。

　　自2004年開(kāi)展平安城市建設以來(lái)，經(jīng)過(guò)10余年的總結探索，公共安全視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統已經(jīng)初步形成了從頂層設計到精準規劃的建設思路和建設方案，體現出“全域覆蓋、全網(wǎng)共享、全景分辨、全時(shí)可用”的建設目標。

　　首先，通過(guò)采集城市各級道路、橋梁、社區、村莊和學(xué)校、醫院、銀行、機場(chǎng)、車(chē)站、港口、廣場(chǎng)等重點(diǎn)單位要害部位的分布現狀及原有視頻監控網(wǎng)建設情況等基礎數據，制定視頻監控點(diǎn)位的設置規范，規劃出監控點(diǎn)位的建設規模、數量和具**置。未來(lái)目標是建成“道路交叉口全斷面監控、城區道路接力監控”和“重點(diǎn)單位、要害部位視頻監控無(wú)盲區，住宅小區出入口和人員密集區域視頻監控無(wú)死角，普通企事業(yè)單位視頻監控基本全覆蓋”的視頻監控網(wǎng)。

　　其次，根據城市區域特點(diǎn)和發(fā)展規劃，建設“圈、塊、格、線(xiàn)、點(diǎn)”布局的視頻監控網(wǎng)布局——以環(huán)城路網(wǎng)為區隔的多級防控“圈”，以行政區劃為邊界可明確管控責任的“塊”，以塊內主管盧和次干路為網(wǎng)脈絡(luò )的封閉式棋盤(pán)網(wǎng)“格”，通過(guò)路口路段監控點(diǎn)位可掌握人車(chē)動(dòng)態(tài)的軌跡“線(xiàn)”，以及城市防控的關(guān)鍵“點(diǎn)”，達到區域全面監控、時(shí)空無(wú)縫對接、目標全程追蹤的防控目標。

　　再次，各部門(mén)信息資源共享，實(shí)現視頻監控一張網(wǎng)。通過(guò)視頻監控網(wǎng)絡(luò )提供的大數據，圍繞“人、車(chē)、物、事、組織”治安防范五要素，經(jīng)過(guò)深度開(kāi)發(fā)和應用，建立視頻圖像資源庫、智能化圖像分析組件庫和大數據分析檢索引擎，依托公共安全視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統和公安實(shí)戰應用系統，不僅為打擊犯罪、維穩處突提供有力技術(shù)支持，在城市管理、服務(wù)民生、搶險急救等方面也發(fā)揮著(zhù)更加重要的作用。

　　最后，提高圖像采集的技術(shù)水平，不但通過(guò)提升高分辨率攝像機的建設比例獲取更大場(chǎng)景視野，還要解決夜間低照度下視頻監控的成像難題，改善暗處圖像看不清以及紅外線(xiàn)下黑白圖像損失細節信息的問(wèn)題，此外，通過(guò)運維系統保證視頻監控點(diǎn)位的日常完好率，實(shí)現全景分辨和全時(shí)可用的目標。

全景分辨全時(shí)可用的作用價(jià)值

　　公共安全視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統和公安實(shí)戰應用系統建成后，可充分整合政府和社會(huì )面的圖像資源，可實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)情況，對各類(lèi)現場(chǎng)“事前預警”，提前發(fā)現異常情況，提高事前發(fā)現的能力;二是便于及時(shí)獲取各類(lèi)信息，提高快速反應能力，及時(shí)調整部署警力把握防控的主動(dòng)權，并在處置突發(fā)事件中，可向現場(chǎng)人員發(fā)布命令，實(shí)施扁平化指揮;三是通過(guò)圖像結構化信息，搜集各類(lèi)線(xiàn)索，通過(guò)大數據分析進(jìn)行綜合研判，為案件偵破和事后分析提供翔實(shí)證據。

　　但是圖像作為公安治安防范和案件偵破的重要依據，長(cháng)期以來(lái)都難以回避夜間視頻質(zhì)量差，看不清暗處的問(wèn)題。雖然200萬(wàn)像素高清攝像機的普及和紅外燈技術(shù)的成熟，使得夜間成像能力有所提升，但低照度時(shí)噪點(diǎn)大和黑白圖像的效果使得圖像線(xiàn)索中缺少顏色和細節信息。

　　于是，低照度作為高清攝像機的一項重要性能指標逐漸得到關(guān)注。低照度性能卓越的高清攝像機可以滿(mǎn)足弱光下的清晰彩色圖像，在全黑環(huán)境或者照度極低的情況下也可提供清晰的黑白圖像。隨著(zhù)低照度技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，2012年開(kāi)始，一線(xiàn)安防廠(chǎng)商開(kāi)始重視星光級超低照度的攝像機產(chǎn)品的研發(fā)，在光照正常的環(huán)境下，星光級攝像機能夠保持亮麗、正常成像效果;而當光線(xiàn)變暗，如晝夜轉換時(shí)，星光級攝像機畫(huà)面保持彩色、流暢和清晰無(wú)拖尾的低照度成像。星光級攝像機的出現，徹底解決了夜間監控的光線(xiàn)昏暗不清圖像或是紅外燈下黑白圖像的問(wèn)題。隨著(zhù)全景分辨全時(shí)可用在立體化社會(huì )治安防控體系的要求，星光級攝像機以及新一代的超星光攝像機逐漸成為平安城市系統中的主要組成部分。星光級攝像機針對不同的應用場(chǎng)景實(shí)現了專(zhuān)業(yè)化和系列化，以天地偉業(yè)的星光級產(chǎn)品為例，包括星光槍機、星光球機、星光激光夜視儀等不同品類(lèi)，星光槍機主要用于道路定點(diǎn)監控，針對全景和大場(chǎng)景，星光球機主要用于動(dòng)點(diǎn)監控，針對特寫(xiě)和長(cháng)距離監控，激光夜視儀主要用于城市制高點(diǎn)、邊防、海防等領(lǐng)域，兼顧大場(chǎng)景和小細節。

低照度攝像機現狀

　　攝像機由鏡頭、傳感器、濾光片、DSP信號處理電路等組成。在星光級攝像機問(wèn)世之前，低照度攝像機內部選用具有高感光度特征的圖像傳感器芯片;通過(guò)雙濾光片切換機構和彩轉黑方式實(shí)現日夜型圖像功能;在圖像編碼過(guò)程中采用圖像降噪增強技術(shù)，外部通過(guò)紅外燈、白光燈或激光等進(jìn)行環(huán)境補光。攝像機廠(chǎng)商通過(guò)一種或多種技術(shù)組合的方式提升低照度下的圖像效果，通常有三種方式：

　　1、日夜型和彩轉黑，采用雙濾光片切換機構。在白天和光線(xiàn)充足條件下，使用紅外截止濾光片，修正白天偏色問(wèn)題，確保清晰高品質(zhì)的彩色圖像。在夜間或光照低情況下，切換為另一片全透光譜濾光片，傳感器變到黑白狀態(tài)，提升夜晚亮度，捕捉明亮高對比度的黑白圖像。該方式應用比較普遍。

　　2、低速快門(mén)(慢快門(mén)/幀累積)，連續將幾個(gè)因光線(xiàn)不足而較顯模糊的畫(huà)面累積起來(lái)，成為一個(gè)圖像清晰的畫(huà)面。由于開(kāi)啟該功能之后，雖然可以獲得較清晰的圖像，但動(dòng)態(tài)畫(huà)面會(huì )有非常嚴重的拖尾，因此這類(lèi)攝像機適用于禁止紅、紫外線(xiàn)破壞的博物館、夜間生物活動(dòng)觀(guān)察、夜間軍事海岸線(xiàn)監視等靜態(tài)場(chǎng)景的監視，但不適合城市道路等動(dòng)態(tài)監控。

　　3、超感光度，通過(guò)提升攝像機圖像傳感器的感光度，結合DSP圖像效果處理，實(shí)現極低照度下的清晰彩色圖像。由于圖像傳感器進(jìn)步較快，DSP圖像增強技術(shù)也逐步突破，從而保證高清攝像機不僅白天畫(huà)質(zhì)好，夜間也能看清楚。例如天地偉業(yè)推出的星光級和超星光系列攝像機可在極低照度下可以看到動(dòng)態(tài)彩色圖像。

星光級攝像機技術(shù)

　　經(jīng)過(guò)長(cháng)期實(shí)驗和探索，要達到星光級低照度，需要從高清鏡頭、低照度感光器件等硬件入手，同時(shí)優(yōu)化ISP圖像處理性能，通過(guò)軟硬件相結合從而獲得更高畫(huà)質(zhì)的夜間效果。

　　高清鏡頭

　　鏡頭可攝取光線(xiàn)的多少直接決定了成像的清晰度。用進(jìn)光量衡量鏡頭攝取光線(xiàn)的多少，用F值(光圈)表示。焦距相同的條件下，鏡頭口徑越大，F值越小，鏡頭進(jìn)光量就越大。常見(jiàn)大光圈鏡頭F值為1.2。

　　感光器件

　　攝像機常用的感光器件分為CCD和CMOS，隨著(zhù)高清的普及，CMOS技術(shù)得到較大發(fā)展，特別是低照效果有了質(zhì)的提升，比傳統CMOS提升一倍以上，已經(jīng)與CCD傳感器接近，集成度更高，功能更加豐富、性?xún)r(jià)比更高。大靶面的感光器件感光度越好。

　　普通模擬攝像機大約為30萬(wàn)像素，而高清攝像機則至少是200萬(wàn)像素，像素點(diǎn)是模擬攝像機的8倍，這樣一來(lái)，每一個(gè)像素的感光面積只有模擬攝像機的1/8，傳感器必須采用新技術(shù)，才能保證夜間的高清畫(huà)質(zhì)。例如STARVIS系列傳感器，采用背照式像素技術(shù)，具有每1µm2 2000mV或以上的感光度，能夠高效獲取近紅外光，在夜間也能清晰拍攝。

　　圖像DSP處理

　　低照度攝像機不僅依賴(lài)硬件，圖像處理算法也起到非常突出的作用，比如彩轉黑技術(shù)、幀累積技術(shù)、降噪技術(shù)等都可以提升高清低照度的效果。這是由于高清網(wǎng)絡(luò )攝像機在低照度下的圖像噪點(diǎn)會(huì )比光線(xiàn)較好時(shí)增加很多，因此，各種數字圖像降噪算法就有了用武之地，比如，處理靜態(tài)畫(huà)面時(shí)使用三維濾波，而動(dòng)態(tài)時(shí)則使用二維濾波。兩種降噪算法結合使用，可以保留重要的細節，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運動(dòng)物體形成的拖影，同時(shí)極大的改善視頻的閃爍感。

　　同樣的傳感器和鏡頭，相同的硬件平臺，各廠(chǎng)家攝像機的低照效果卻差異較大，這是因為降噪處理和伽馬曲線(xiàn)調整就是很重要的圖像處理手段。噪點(diǎn)會(huì )使圖像顯得不清晰，但降噪不當又會(huì )造成嚴重的霧感和拖影，丟失細節。伽馬曲線(xiàn)數值設置過(guò)高會(huì )讓畫(huà)面的對比度增加，畫(huà)面變暗，畫(huà)質(zhì)通透，但是會(huì )丟失細節;設置過(guò)低又會(huì )使圖像變亮，細節會(huì )增加，但是畫(huà)質(zhì)通透度變差。ISP圖像處理算法體現了廠(chǎng)家自身的研發(fā)能力。

如何甄別星光級攝像機

　　目前市面上很多廠(chǎng)家都宣稱(chēng)有低照度星光攝像機，如何正確識別?我們通常用照度(Lux)作為衡量攝像機在低照度環(huán)境下的圖像細節還原能力。真正意義的高清星光應為在0.002Lux的環(huán)境光線(xiàn)照度下能還原出彩色無(wú)拖尾的流暢圖像。即借助環(huán)境光可以在黑夜看見(jiàn)目標，如果環(huán)境光線(xiàn)不足，會(huì )切換為紅外燈補光黑白圖像。

　　如何測量網(wǎng)絡(luò )攝像機產(chǎn)品的低照度性能呢?不同的廠(chǎng)家有不同的方法，僅憑攝像機的數字指標并不能真正反映出實(shí)際性能。一般可以從亮度、黑電平、信噪比、分辨率四個(gè)指標進(jìn)行評價(jià)，測量數值最高的一個(gè)則被定義為最低工作照度要求。但對攝像機的4個(gè)參數分別測量時(shí)，很難通過(guò)調整增益水平和圖像處理方法來(lái)對攝像機的整體性能進(jìn)行補償，例如提高增益水平可能會(huì )提高圖像亮度，但同樣會(huì )增加畫(huà)面噪點(diǎn)數量，造成較低的信噪比。因此系統的整體測量結果能夠真實(shí)反映出攝像機低照水平，這對于測試環(huán)境設備和方法提出了較高要求。

　　以天地偉業(yè)2016年竣工的國家級視頻監控實(shí)驗室(國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗室)為例，可以進(jìn)行各種復雜環(huán)境下的動(dòng)態(tài)視頻測試：

　　專(zhuān)業(yè)測試卡片：灰階卡、銳化測試卡、色彩還原測試卡、噪聲測試卡、噪點(diǎn)Log對數反差卡。

　　專(zhuān)業(yè)測試儀器：星光級低照度測試儀、透射燈箱、以及多元化實(shí)景。

　　低照測試環(huán)境：星光級低照度測試儀，最低照度可達0.0001lux，可以模擬從太陽(yáng)落山到漆黑的郊外午夜，滿(mǎn)足星光級及微星光的測試要求。

　　專(zhuān)業(yè)色溫模擬系統：多色溫反射光源系統，可以模擬8種單色溫和4萬(wàn)多種混合色溫。針對視頻畫(huà)面中經(jīng)常出現的場(chǎng)景，例如高反光，多色彩，細節較多的場(chǎng)景進(jìn)行模擬，保證攝像機在各種環(huán)境下使用，視頻可視效果都能達到最優(yōu)。

　　專(zhuān)業(yè)測試系統：使用Imatest系統進(jìn)行圖像質(zhì)量分析，用萬(wàn)分位照度儀進(jìn)行照度數據監測。

超星光攝像機技術(shù)

　　天地偉業(yè)星光產(chǎn)品推出后，迅速占領(lǐng)了低照度攝像機市場(chǎng)贏(yíng)得用戶(hù)認可和行業(yè)技術(shù)趨勢的調整，2016年低照效果再次升級，推出超星光系列產(chǎn)品，最低照度達到0.0008Lux，不再需要紅外補光，真正實(shí)現24小時(shí)全彩監控。

　　首先，超星光攝像機采用了極限光圈超星光鏡頭，獨有光路設計，F1.2超大光圈，超低色散，多層鍍膜，捕捉環(huán)境光的能力到達極致。

　　其次，超星光攝像機搭載TVP超視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)ISP圖像處理算法軟件的效果調優(yōu)，從4個(gè)方面提升視頻效果：一、通過(guò)時(shí)域、空域高精度雙邊濾波降噪，達到更高信噪比;二、寬色域白平衡技術(shù)，使色彩準確度提升30%;三、灰度分布自適應曲線(xiàn)圖像增強技術(shù)，使視頻可視化效果提升38%;四、自適應銳化技術(shù)，達到更高的圖像銳度。

　　最后，超星光攝像機采用超低照度的傳感器，超大靶面尺寸，對低照效果處理能力更強，彩色最低照度達到0.0008Lux。

展望

　　任何低照度攝像機都需要有一定的光線(xiàn)才可使用，沒(méi)有任何光線(xiàn)的0LUX(沒(méi)有可見(jiàn)光)攝像機是沒(méi)有的，這種情況需要用紅外燈補光。星光級和超星光攝像機的突破，使得高清視頻監控系統可以滿(mǎn)足弱光和低照等特殊場(chǎng)合等多種環(huán)境應用，滿(mǎn)足了立體化社會(huì )防控體系中關(guān)于全景可辨全時(shí)可用的要求，也使得公共安全視頻監控聯(lián)網(wǎng)系統和公安實(shí)戰應用系統在增強防范打擊犯罪的同時(shí)，與其他部門(mén)例如交通、安監、城管、水務(wù)、園林、環(huán)保等政府職能部門(mén)資源共享，實(shí)現跨區域、跨部門(mén)公共視頻圖像信息的常態(tài)化和一體化應用，打破了原來(lái)的“信息孤島”，避免了資源浪費，進(jìn)一步提高服務(wù)社會(huì )的管理水平。