拉普拉斯算子：
[0041] 二维函数f(x，y)的拉普拉斯算子是如下定义的二阶导数：
[0042]
[0043] 拉普拉斯算子在分割中所起的作用包括：（1)利用它的零交叉的性质进行边缘定 位，（2)确定一个像素是在一条边缘暗的一边还是亮的一边。
[0044] 对第一类作用，拉普拉斯算子与平滑过程一起利用零交叉作为找到边缘的前兆。 考虑函数
[0045]
[0046] 其中r2=x2+y2,O是标准差。用一副图像与该函数卷积模糊该图像，图像的模糊 程度是由O值决定的。h的拉普拉斯算子化关于r的二阶导数）是：
[0047]
[0048] 运个公式一般称为高斯型的拉普拉斯算子（简称LoG)。在LoG公式中使用高斯型 函数的目的就是对图像进行平滑处理，使用拉普拉斯算子的目的是提供一副用零交叉确定 边缘位置的图像。图像的平滑处理减少了噪声的影响，并且它的主要作用还是抵消由拉普 拉斯算子的二阶导数引起的逐渐增加的噪声影响。
[0049] 船舶目标地理位置计算方法为：
[0050] 要实现对船舶航行速度的判断并建立船舶的跟踪，W及与系统的其他功能模块相 配合，则需要通过有效的投影算法建立视频监控图像的像素点与大地坐标的一一对应关 系，即实时计算出船舶目标的大地坐标数据（经缔度）。
[0051] 通常监视船舶的摄像机都是安装在一个岸边的高处，W小于90°的倾角俯视水面 上的船舶等目标。运种情况下，矩形的视频画面投影在水平面上是一个梯形区域，视频图像 上的每一个像素，对应的是从摄像机发出的一条射线，运条射线与水平面的交点即是运个 像素在实际空间的对应坐标。
[0052] 如图1所示的船舶目标地理位置计算说明图，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，从而可根据每帖图像中所识别船舶目标的吃水线 像素点获得船舶的实时坐标位置信息。
[0053] 船舶目标轨迹跟踪方法为：
[0054] 当船舶目标被识别出来且已计算出船舶经缔度后，需要建立对船舶目标的轨迹跟 踪，跟踪是在船舶目标视频的基础上，在视频帖之间对比寻找特征信息相近的目标，将它们 进行关联，从而形成对一个目标的持续跟踪，并进一步提取目标的运动信息，如运动轨迹、 方向、速度等。在计算运动目标的运动参数时，跟踪目标的中屯、位置提取非常关键。图像上 几个像素的偏差在经过投影变换后可能转变为几十米乃至数百米的偏差。而在录取过程 中，由于视频图像背景噪音等因素的影响，提取出的目标中屯、位置往往难W稳定在实际点 上。所W需要对中屯、点进行滤波处理，W防轨迹曲线产生大的波动。目标在刚进入画面和 驶离画面时，中屯、点也很难提取，因为目标并不全在视频图像中。运种情况下，可W使用模 拟补偿的算法对其进行特殊处理，有效平滑了目标运动轨迹，也使计算出来的运动参数更 为准确。 阳化5] 海缆区域船舶报警流程为：通过W上船舶目标识别提取、船舶目标地理位置计算、 船舶轨迹跟踪=个过程的处理后，已经可W将船舶实际在海面上航行的状态（位置、运动 轨迹、方向、速度）W图形化的符号展示在海缆监控平台上面，海缆区域船舶预警（或报警） 实际上就是对船舶在海缆保护区域的航行状态进行分析，根据预设的规则对当前在海缆保 护区内航行或停泊的船舶实现预报警），从而达到预防船舶抛错损坏海缆的目的。
[0056] 具体报警流程描述如下：
[0057] (1)报警监测区域设置
[005引每条需要保护的海底电缆均有报警监测区域，该区域是通过海底电缆的经缔度坐 标序列和防护距离运两个参数自动计算而成，防护距离是根据每条海底电缆的现场实际环 境不同分别进行设定，并自动生成的报警监测区域。
[0059] 似船舶航行行为分析
[0060] 基于热成像视频监控技术的船舶动态监测手段是通过热成像视频分析技术，从视 频画面中提取船舶的经缔度坐标，并对连续帖视频进行分析，从而推算出船舶的运动速度， 并结合在海缆保护区域（即报警监测区域）预设的船舶速度限制规则，实现对船舶在海缆 保护区域低速或停泊行为的自动报警。
[0061] 热成像视频采集到视频画面后，对成像后的图像所有像素点进行行为分析，把符 合船舶特征的目标像素点序列识别为船舶，根据其像素点在画面中的动态变化，分析其运 动方向、速度，为报警处理提供原始数据支持。
[0062] (3)报警处理流程
[0063] 当新报警发生或某未结束的报警产生新的子系统报警时，系统会发出声光提示， 提醒管理员进行处理：
[0064] 船舶报警计算功能是W海缆预警报警区域为基础，通过对热成像视频分析船舶动 态的位置、速度等信息的实时计算，自动识别海缆预警报警区域的低速船舶和停泊船舶，并 产生报警信息。
[0065] 报警提示功能根据报警位置、报警种类在电子海图上动画展现报警提示，同时辅 W声音提示，W引起值班人员的注意。
[0066] 报警处理包括报警确认、报警登记、警情处置等功能。当值班员收到报警信息后可 通过一体化平台调用CCTV监控视频，查看现场的具体状况，并通过无线远程语音系统对现 场进行干预和指挥，同时可调用CCTV联动追踪功能对报警船舶进行跟踪，确保该船舶顺利 离开海缆预报警区域。在人机互动界面上，显示报警区域、报警类型、及实时的红外图像。
[0067] W上所示的一种基于热成像的海缆区域视频告警方法是本发明的具体实施例，已 经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行 形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。
【主权项】
1. 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 在防锚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以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。2. 根据权利要求1所述的一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，其特征在于：在 梯度算子计算时： 图像f(x，y)在位置（x，y)的梯度定义为：其中，角度是以X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。3. 根据权利要求1所述的一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，其特征在于：在 拉普拉斯算子计算时： 二维函数f(x，y)的拉普拉斯算子为：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。 进行边缘定位时，根据函数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, 〇是标准差。4. 根据权利要求1所述的一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，其特征在于：红 外摄像机安装于岸边，其以小于90°的倾角俯视水面上的船舶目标；在安装摄像机的时 候，测量摄像机的经炜度坐标、海拔高度、水平垂直指向角、水平垂直视场角宽度参数，根据 摄像机经炜度坐标、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。5.根据权利要求1所述的一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，其特征在于：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，根据每帧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。
【专利摘要】一种基于热成像的海缆区域视频告警方法，本发明涉及一种视频告警方法。目前，海底电缆保护区水域安保监控，漏报概率也较大，可靠性低。本发明特征在于：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以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。本技术方案利用热成像视频监控技术，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。
【IPC分类】G06T7/20, H04N7/18, G08B13/196
【公开号】CN105141887
【申请号】CN201510390822
【发明人】徐海宁, 史令彬, 胡伟东, 韩磊, 卢志飞, 甘纯, 赵伟, 朱昌林, 张娜飞
【申请人】国家电网公司, 国网浙江省电力公司舟山供电公司, 浙江舟山海洋输电研究院有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月6日