一种基于热成像的海缆区域视频告警方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种视频告警方法，尤其设及一种基于热成像的海缆区域视频告警方 法。
【背景技术】
[0002] 海底电缆保护区水域安保监控起初主要采用AIS船舶自动识别系统（W下简称 AIS系统）作为船舶动态监控手段。AIS系统通过获取船上AIS船台发出船舶的相关位置、 航速、航向等动态信息和船名、呼号等船舶静态信息，由岸基AIS台站接收船舶的AIS信息， W实现对AIS船舶的跟踪。该系统的缺点是只有在AIS岸台覆盖水域且安装有AIS船台的 船舶才能被监控，受AIS船台是否开机和船舶静态信息输入是否规范的影响，且AIS信息更 新速率较慢（一般至少15s)，尤其是小型船舶，因此通过AIS监控效果较有限，漏报概率也 较大，可靠性大打折扣。
[0003] 近年来，雷达识别技术在民用市场上得到了较为广泛的普及应用，海底电缆保护 区水域安保监控在运用AIS技术的基础上，又开始引进雷达系统W实现主动探测监控。雷 达系统可实现对区域内船舶的主动探测监控，可有效弥补AIS系统被动监控的不足。该系 统的缺点是对小型船舶的识别能力相对较差，而且船舶之间相距较近时识别误差较大，安 装基础条件也较高，需要向无委申请雷达频点，造价相对昂贵，不适合的广泛推广应用。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进， 提供一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，W达到兼顾成本及准确性的目的。为此，本 发明采取W下技术方案。
[0005] 一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，包括：热成像监控步骤、热成像分析步 骤、告警步骤，热成像拍摄后，对拍摄的视频画面进行分析，提取船舶轮廓位置，动态分析船 舶在画面中的位置变化情况，并根据船舶的位置变化情况判断船舶是否处于航行状态，若 在防错损区发现船舶处于静止时则产生报警信号，其特征在于：热成像报警分析时，通过图 像分割技术将船舶目标从背景图像中提取出来；在图像分割时，通过一阶导数和二阶导数 检测一副图像中的边缘并对灰度级间断进行判断W将边缘线段组合为更长的边缘；一阶导 数用于判断图像中的像素点是否为边缘点；二阶导数用于判断一边缘像素是在边缘亮的一 边还是在暗的一边；一阶导数用梯度算子计算，二阶导数使用拉普拉斯算子计算。红外热成 像技术是一种被动红外夜视技术，通过光电红外探测器将物体发热部位福射的功率信号转 换成电信号后，成像装置就可W-一对应地模拟出物体表面溫度的空间分布，最后经系统 处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图， 即红外热图像。其受光照、天气等自然条件及背景变化（如海浪、云影、树叶摇动等情况） 的影响小，可W得到较为准确的结果。通过视频智能分析技术对连续帖的热成像CCTV图像 进行分析，实时解算出船舶的位置、航速等动态数据，从而通过CCTV系统主动识别出对海 底电缆构成威胁的船舶目标。本技术方案利用热成像视频监控技术，对监控覆盖范围内的 船舶进行全天候的主动监控与识别，既实现了对船舶的自动报警，也可让监管人员通过同 一画面对报警进行验证，便捷且直观。热成像视频告警技术是对基于AIS、雷达、CCTV监控 技术的海底电缆综合监控系统的有效补充，实现了对海洋输电电缆保护区域的多方位、多 技术手段的立体化监控，满足对海缆保护区域的监控要求。利用热成像进行视频分析识别 船舶的技术相比较雷达系统，在达到类似的主动探测目的同时，其造价更低、安装更简易、 人工验证报警也更为直观准确，系统通过对热成像视频监控画面的实时分析识别，从画面 中提取船舶目标，结合数据智能分析、自动报警功能实现了对海缆运行区域的全天候自动 化智能监控，再结合海底电缆综合监控系统中已有的AIS、雷达、光电扰动等多种技术手段， 基本杜绝发生因船舶在海缆区域错泊而引发的事故，确保海缆的运行安全，提高海缆供电 质量。
[0006] 作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括W下附加技术特征。
[0007] 在梯度算子计算时： 阳00引图像f (X，y)在位置（X，y)的梯度定义为：
[0009]
[0010] 在边缘检测中，用鮮表示图像f(x，y)在位置（X，y)的梯度的向量值，
[0011] ff=Oiag(M)-pif+Ufl1/2 阳01引令a (X，y)表示向量猶在（X，y)处的方向角，则由向量分析得到：
[0013]
[0014] 其中，角度是Wx轴为基准度量，边缘在（x，y)处的方向与此点的梯度向量的方向 垂直。
[0015] 在拉普拉斯算子计算时：
[0016] 二维函数f(x，y)的拉普拉斯算子为：
[0017]
[0018] 拉普拉斯算子在分割中利用普拉斯算子的零交叉的性质进行边缘定位，并确定一 个像素是在一条边缘暗的一边还是亮的一边。
[0019] 进行边缘定位时，根据函数
[0020]
[0021] 对图像进行平滑处理，抵消由拉普拉斯算子的二阶导数引起的逐渐增加的噪声影 响；其中r2=x2+y2,。是标准差。
[0022] 红外摄像机安装于岸边，其W小于90°的倾角俯视水面上的船舶目标；在安装摄 像机的时候，测量摄像机的经缔度坐标、海拔高度、水平垂直指向角、水平垂直视场角宽度 参数，根据摄像机经缔度坐标、海拔高度、水平垂直指向角、水平垂直视场角宽度建立视频 图像坐标与水平面上的对应坐标的投影变换公式，在计算船舶位置时将海拔高度作为水平 面的高度，并通过水位测量仪对水平面高度进行修正。
[0023] 在分析船舶位置时，采用静止摄像机照射光线与水平面或地平面相交的唯一性建 立投影关系，并通过预先采集的至少3个控制点，建立视频图像任一像素位置与大地坐标 的一一对应关系，根据每帖图像中所识别船舶目标的吃水线像素点计算获得船舶的实时坐 标位置信息。
[0024] 有益效果：本技术方案通过热成像视频分析及告警技术，可W真正实现对通用视 频监控系统进行智能化的分析与识别，提高了海缆安全运行的监控能力，能够直观、及时、 准确的发现船舶在海缆运行区域减速、错泊等航行行为，提高了报警准确率，降低了海缆运 行报警漏报和误报的概率。热成像视频分析及告警技术的信号采集采用通用的视频监控设 备，大大提高了系统兼容性、可扩展性，降低了前端站点建设的资金投入。同时，自动准确报 警，有效减轻了海缆运行监控值班人员的工作量。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明船舶目标地理位置计算说明图。
【具体实施方式】
[00%]W下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
[0027] 本发明包括热成像监控步骤、热成像分析步骤、告警步骤，热成像拍摄后，对拍摄 的视频画面进行分析，提取船舶轮廓位置，动态分析船舶在画面中的位置变化情况，并根据 船舶的位置变化情况判断船舶是否处于航行状态，若在防错损区发现船舶处于静止时则产 生报警信号。
[0028] 热成像报警分析时，通过图像分割技术将船舶目标从背景图像中提取出来；通过 图像分割技术将船舶目标从背景图像中提取出来，在图像分割中，通过一阶导数和二阶导 数检测一副图像中的边缘对灰度级间断进行检测，一阶导数可W用于检测图像中的一个点 是否是边缘点（也就是判断一个点是否在斜坡上）。同样，二阶导数的符号可W用于判断一 个边缘像素是在边缘亮的一边还是在暗的一边。围绕一条边缘，二阶导数有两条附加性质： (1)对图像中的每条边缘，二阶导数生成两个值；（2) -条连接二阶导数正极值和负极值的 虚构直线将在边缘中点附近穿过零点，二阶导数的运个过零点的性质对于确定粗边线的中 屯、非常有用。为了对有意义的边缘点进行分类，与运个点相联系的灰度级转变必须在运一 点的背景上的转变更强。由于采用局部计算进行处理，决定一个值是否有效的方法就是选 定口限，因此，如果一个点的二维一阶导数比指定的口限大，就定义图像中的此点是一个边 缘点，依据预先设定好的连接准则，相联系的一组运样的边缘点就定义为一条边缘。分割的 关键问题是如何将边缘线段组合为更长的边缘。如果选择使用二阶导数，则另一个可用的 定义就是将图像中的边缘点定义为它的二阶导数的零交叉点。图像中的一阶导数用梯度算 子计算，二阶导数使用拉普拉斯算子得到。
[0029] 其中，梯度算子：
[0030] 一副数字图像的一阶导数是基于各种二维梯度的近似值。图像f(x，y)在位置（X， y)的梯度定义为下列向量：
[0031]
阳03引从向量分析中可知，梯度向量指向在坐标（X，y)的f的最大变化率方向。
[0033] 在边缘检测中，一个重要的量是运个向量的大小，用Vf表示， 阳咧霄二画(彎-誇寺翊1店
[0035] 运个量给出了在尽f方向上每增加单位距离后f(x，y)值增大后的最大变化率。
[0036] 梯度向量的方向也是一个重要的量。令a(X，y)表示向量巧在（X，y)处的方向 角。然后，由向量分析得到：
[0037]
[0038] 其中，角度是WX轴为基准度量的。边缘在（X，y)处的方向与此点的梯度向量的 方向垂直。
[0039] 计算图像的梯度要基于每个像素位置都得到偏导数df/说》;和沒y。
[0040]