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

海洋環(huán)境是苛刻和不可預(yù)測(cè)的，擺姿勢(shì) 極大的需求 在搜索- -救援和法律-執(zhí)法人員。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(guò)檢測(cè)紅外（熱）能量而不是可見(jiàn)光的光，熱成像儀揭示了肉眼或正常攝像機(jī)無(wú)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 非接觸傳感器該檢測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射（熱）並將其轉(zhuǎn)換為圖像。與普通的攝像機(jī)（需要反射的可見(jiàn)光）不同，熱攝像機(jī)會(huì)感覺(jué)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)榻^對(duì)零發(fā)射IR的所有物體，熱系統(tǒng)都可以工作 白天或黑夜，在雨中，霧，煙霧或眩光。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(guò)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

A PTZ相機(jī) 是電動(dòng)監(jiān)視攝像頭 平底鍋 （向左/右擺）， 傾斜 （上/下），和 飛漲 （光學(xué)上放大）在命令上。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(lái)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)（螺距和滾動(dòng)）模糊了變焦圖像。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(lái)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(guò)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(jiàn)-光通道的多功能性。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(jiàn)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)的光學(xué)變焦鏡頭來(lái)發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的物體。變焦因子因模型（通常為4×，14×等）而異。縮放會(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(jiàn)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)可以與船舶的雷達(dá)或AIS（自動(dòng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)）鏈接。通過(guò)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稱之為這個(gè) 相機(jī)“殺滅- -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(kāi)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)還提供數(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(wú)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(wú)論是在熱模式還是可見(jiàn)模式下，該跟蹤都可以無(wú)縫地工作，使操作員開(kāi)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(wú)價(jià)的。

• 增強(qiáng)的顯示模式： 熱攝像機(jī)通常會(huì)提供特殊的調(diào)色板和覆蓋。例如， ”Instalert”突出了場(chǎng)景中最熱的地方（紅色/橙色）和“ICEALERT” marks unusually cold objects (blue/green). These modes make it easier to pick out people or fires at a glance. Some systems also support augmented reality: e.g. Raymarine’s ClearCruise? overlays AIS targets, chart waypoints, and navigational aids directly on the live thermal image. In other words, buoys, other ships, or land features from the chart can be drawn on the camera feed, giving crews an intuitive熱視頻和圖表數(shù)據(jù)的結(jié)合視圖。

• 堅(jiān)固的設(shè)計(jì)： 海洋PTZ攝像機(jī)均為所有-天氣操作建造。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(guò)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)

搜救和救援： 熱PTZ攝像機(jī)對(duì)於SAR是無(wú)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(guò)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(guò)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。 （雖然並非每個(gè)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(lái)拾取任何人體熱簽名”。）更廣泛地，代理商報(bào)告說(shuō)，熱成像可以讓它們 延長(zhǎng)搜索時(shí)間過(guò)去的日落。熱成像儀可以單獨(dú)通過(guò)熱量來(lái)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(kāi)始”。海岸警衛(wèi)隊(duì)和合作夥伴通常依靠這些攝像機(jī)來(lái)清掃海岸線，冰場(chǎng)或開(kāi)放水，大大增加了尋找倖存者的機(jī)會(huì)。

海事巡邏和執(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?jiàn)的人。因此，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)航和避免危險(xiǎn)： 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(shuō)，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(kāi)光眩光，以揭示其他船隻的熱特徵。通過(guò)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?，這些相機(jī)充當(dāng)強(qiáng)大的夜晚/低-光線視覺(jué)系統(tǒng)，用於船橋，當(dāng)可見(jiàn)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(jué) 並顯著擴(kuò)大操作效率。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?，暮光和白天都同樣出色。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(jiàn)，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(guò)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 完整的情況圖。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-節(jié)省和成本-有效。代理商報(bào)告說(shuō)，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(shuō)挽救一個(gè)人的生命的能力了?！痹趯?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(guò)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(jiàn)”）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。