高鐵線路視頻監控熱成像攝像機測試

吳云鵬，秦勇，謝征宇，崔圣青

（1. 北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；3. 中國鐵路濟南局集團有限公司 濟南通信段，山東 濟南 250000）

高鐵線路視頻監控熱成像攝像機測試

吳云鵬1，2，秦勇2，謝征宇2，崔圣青3

（1. 北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；3. 中國鐵路濟南局集團有限公司 濟南通信段，山東 濟南 250000）

介紹高鐵線路視頻監控熱成像攝像機的室內和室外測試情況，主要包括測試環境、設備參數、測試方案和測試結果。在滿足高鐵線路視頻監控要求情況下，測試并驗證指定設備在白天、夜間的目標識別與報警能力。

視頻監控；熱成像攝像機；性能測試；MRTD；NETD；目標識別；報警能力

0 引言

依據中國鐵路總公司鐵總建設〔2016〕18號文的要求，鐵路線路區間隧道口、公跨鐵立交橋、橋梁救援疏散通道、沿線設備機房內外、調度局界口和車站咽喉區等重點區域主要采用高清攝像機進行晝夜監視[1]。但由于周界鐵路情況復雜，高清攝像機應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。熱成像攝像機利用目標與周圍環境之間溫度差異所產生的熱對比度進行成像，因其特有的功能和具有不受環境干擾等優點，正廣泛應用于安防領域[2]。目前鐵路領域規模性的熱成像應用仍很少，為此中關村軌道交通視頻與安全產業技術聯盟（簡稱聯盟）組織相關測試，通過模擬高鐵線路實際情況，驗證熱成像攝像機在高鐵線路監控中的適用性。期望以測試數據為依據，為設計院、建設單位、使用單位以及相關主管部門提供有效的參考依據。

1 測試項目和環境

1.1 測試項目

測試主要針對室內和室外2個測試場景。室內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是量度整機性能的一個重要參數，不僅包括系統特性，也包括觀察者的主觀因素。借助MRTD可對整機空間分辨率和溫度分辨率進行綜合評價。NETD是在視場中產生的輸出信號值等于噪聲均方根值時目標和背景之間的溫度差，即系統能夠識別的最小信號值，它客觀反映熱像儀對目標溫度的探測靈敏度。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 測試地點與環境

室內測試項目MRTD和NETD由中國電子科技集團公司第十一研究所（簡稱中電11所）協助測試。室內測試環境：溫度25.3 ℃，濕度61.8%RH；室外測試地點選在北京郊區南口某地直線距離3 km道路，周圍500 m范圍內無固定和移動照明光源。室外測試環境：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）攝像機焦距和鏡頭F數采用廠家設備說明書相關參數。

（3）攝像機MRTD和NETD由中電11所的紅外整機測試系統測試得出。該系統主要由準直系統、黑體及靶標、采集控制系統、二維轉臺等組成（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。其中準直系統由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紅外光的高傳輸率，黑體與靶標放置在準直系統的焦面處，涂覆高輻射率涂層保證可見光至遠紅外光的傳輸率，并且能夠準確模擬具有一定溫差的均勻無限遠目標。被測熱像儀放置在準直儀的平行光路中，通過目視監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。

圖2 紅外整機測試系統基本組成

圖3 紅外整機測試系統工作原理示意圖

中電11所利用Optikos公司I-SITE型紅外整機測試系統進行測試（見圖4），其基本參數為：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 ℃，轉臺精度為±20"。

圖4 I-SITE型紅外整機測試系統

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進行白天測試，20：50—22：50進行夜間測試。

2.2.2 測試方法

室外測試對各廠家設備的主要功能和性能測試驗證方法如下：

（1）強光恢復能力：在工作狀態下，太陽直射熱成像鏡頭后停止照射，一段時間后圖像應能恢復正常。

（2）觸發聯動：當偵測區域各個方位進入活動目標時，驗證設備觸發聯動功能。

（3）漏報警率：統計單位時段的漏報警差值比率σ=1-C/N，N為單位時間內防區實際入侵次數，C為單位時間內系統識別報警次數。

（4）接口標準：依據廠家設備說明書。

（5）區域測試和目標監測距離測試：根據攝像機焦距和能見度等，確定距離L值，然后測試不同攝像機在不同距離L處的檢測能力。在畫面視野中確定虛擬防區邊界，移動測試目標（人）按照行進方向和徘徊方向由防區外進入防區內，同時進行錄像和特寫圖像抓拍（見圖5）。

圖5 目標監測距離測試

3 室內測試結果

室內測試結果及測試設備參數見表1。根據各廠家攝像機的MRTD和NETD值以及工程應用分析，各設備成像質量均達到工程應用能夠接受的最基本標準。

4 室外測試結果

4.1 室外目標監測距離標準

聯盟測試大綱對不同設備焦距列出目標監測距離標準（見表2），不低于此測試標準的熱成像攝像機能滿足鐵路區間線路視頻監控設備的要求[3-5]。被測設備根據焦距，按不同距離分別進行白天和夜間測試，通過分析錄像和抓拍圖像檢測目標的識別與報警。白天測試項目和夜間測試項目分別見表3、表4。

表1 室內測試結果及測試設備參數

表2 目標監測距離測試標準

表3 白天測試項目

表4 夜間測試項目

4.2 測試結果分析

被測圖像分為可發現和可報警，白天和夜間不同測試距離的測試結果見圖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 結束語

在測試（觀測）環境比較嚴酷的條件下對不同廠家熱成像攝像機進行測試，測試結果達到了工程應用能夠接受的最基本標準。各廠家設備在白天、夜間均達到測試大綱要求。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，熱成像攝像機也能取得良好的監視效果。聯盟將根據工程需要繼續開展異物分析、計算誤報率和復雜環境下的目標識別等項目測試。

[1]鐵總建設〔2016〕18號 關于發布設計時速200 km及以上鐵路區間線路視頻監控設置有關補充標準的通知[S].

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

[3]TB 10006—2005 鐵路運輸通信設計規范[S].

[4]鐵總建設〔2007〕39號 鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規定[S].

[5]GB 50348—2004 安全防范工程技術規范[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

責任編輯 盧敏

2017-11-03