多谱段融合的超视距沿海光电监控系统研究

多谱段融合的超视距沿海光电监控系统研究（赵羽飞尹世亮驻南阳地区军事代表室河南南阳473000）摘要：边海防的信息化建设将对军事、经济产生重大影响。本文概述具有多谱段融合超视距特征的沿海光电侦查、监控系统。关键词：光电侦查监控系统多光谱段融合红外图像增强1概述海岸和边境防卫的主要职责在于打击打私、偷渡、非法越界、贩毒等各种违法犯罪活动，解决边境纠分，维护边境和平。边防分队的执勤活动一般分为瞭望、观察、巡逻、潜伏、追捕、押解与检迹。建设一个以视频监控为核心、多种传感器技术集成、具有一定纵深的实时监控网络，将极大缓解边防执勤艰苦的现状，改善边防分队的执勤条件。真正实现边控“全天候、无盲区”。2沿海区域信息特点和光电侦察的要求海防哨所气候环境恶劣,经常处于潮湿、雨雪雾等恶劣的自然环境，侦察监视工作量大,要求监控系统能够具备多天后条件下的监视能力。多谱段融合的沿海光电侦查系统以防御、监控、信息共享为指导思想，采用主动侦查与被动侦查相结合的探测方式，对海上大、中、小型目标的迎头观察识别距离不小于18、15、12公里，辨识目标性质距离不小于15、12、10公里，对空中（500米以下）大、中、小型目标的观察识别距离不小于15、10、7公里，具有无人值守、有人值守、网络遥控主动报警等多种监控手段，可满足我国军事、民用对边、海岸线的有效侦查与监控。3沿海光电侦查系统沿海光电侦查系统由前端探测设备、传输设备、光电侦察基站、指挥中心构成。它是以可见光摄像机、红外热像仪、雷达为前端探测设备，以微波、光纤为远程（10公里以上）数据传输手段，以高清晰图像采集、处理为核心、以指挥中心为综合的全天侯、大纵深军民两用用光电综合监控系统，可实现联网指挥控制、自动图1沿海光电侦查系统组成简图跟踪、报警联动等功能。适应恶劣环境、支持无人值守，是增强边海防管控手段、改善部队执勤条件的尖端设备。监控站具有监控、录像、检索、目标锁定与跟踪等功能。边防分队操控人员和上级通过网络传输设备不仅可以高效、方便的操作设备，还可通过系统的防越报警接口、卫星定位接口、雷达信息接口、电子地图、电子海图接口与其他设备进行信息交互，并可根据控制权限功能进行报警联动，从而对被监控区域进行多普段、超视距的有效的监控。4多谱段光学超视距监控的实现超视距监控前端组成超视距监控系统前端，集成了雷达探测、可见光探测、近红外探测、长波红外探测的多个敏感单元。雷达装置有探测距离远、探测范围宽、探测速度快的优势，但其分辨率较低，难以分清目标细部特征。而CCD成像、红外成像分辨率高可有效的发现近海（空）域的小目标，但探测范围窄，受环境影响大，识别目标速度慢。系统采用二者互补的工作方式，雷达引导、电视观察，从而有效的提高了系统的观察纵深与预警速度，实现了全天候、无盲区、超视距的监控能力。光学超视距波段的选择光学成像系统视距受海边空气潮湿、多雾的影响是相当严重的，要实现光学超视距监控，必须利用好波段范围在0.76μm-1.1μm、3μm-5μm、8μm-12μm的大气窗口。对于具有超感度CCD芯片来讲，其相应波段在400nm—1200nm之间，在850nm—1100nm的波段内仍然有15%左右的灵敏度，此波段正好位于短波大气窗口位置。因此在此波段对CCD摄像机进行图像信号的增强，即可得到超过能见度1.3-2倍的观察效果，从而在近红外波段实现“超视距”观察。在长波大气窗口，系统采用了响应波段在8um-14um非制冷红外热像仪，其探测灵敏度高，发现距离远，可有效的补充CCD摄像机在夜间、雾天的观察纵深，具有经济性好、性价比高的优势。可见光与近红外成像处理可见光与近红外成像主要依靠高倍率连续变焦的光学镜头，为了改善图像的视觉效果和满足雾天观察的要求，我们采用光学透雾处理和图像增强技术相结合的超视距图像探测方式。首先对光学镜头进行特殊光学设计，光学通道可满足400nm-1000nm光波的成像。在近CCD的近红外响应波段（700nm-1000nm）制造高透过率专用带宽滤光片，近红外成像对截止可见光，提高CCD摄像机的内部增益，发挥其近红外成像能力。基于FPGA图像处理电路，接收来自CCD摄像机的视频图像进行滤波及DDE图像增强处理，获取清晰的近红外图像。经过实验验证，透雾效果满足超过能见度1.3~2倍的观察效果。成像效果如图2所示。a可见光图像b近红外图像图2浓雾时2.5公里处CCD图像对比长波红外成像成像处理长波红外图像处理，基于FPGA图像处理系统，软件算法上采取直方图增强、滤噪等一系列图像处理技术，通过大量的试验确定不同天候条件下的阈值，将目标与背景进一步区分开来，从而大大增强红外的辩识距离。红外图像处理前后图像对比见图3。a处理前b处理后图3浓雾时2.5公里处红外图像对比多传感器图像融合超视距监控系统可同时采集白光、红外探测系统，在PC端进行图像融合，可利用多个传感器提供的冗余信息，提高融合图像的精确性及可靠性。同时，融合图像具有较强的鲁棒性，即使个别传感器故障也不会对融合图像产生严重影响。利用多个传感器提供的互补信息，融合后的图像包含了更为全面、丰富的信息，其更符合人或机器的视觉特性、更有利于对图像的进一步分析处理以及自动目标识别。图像融合前后图像对比见图4。（a）红外图像（b）红外/近红外图像合成图42公里图像融合前后对比5未来发展近几年来光电探测器技术的发展势头强劲，高灵敏度的氧化钒非制冷红外探测器（8um~14um波段）已实现国产，具有较强穿透烟、雾能力的短波红外（900nm-1700nm波段）已有国产化的样机出现，敏感波段在400nm-1700nm的国产探测器也在投产中。这些技术都将为我国建设新一代高效、经济、数字化、网络化超视距边海防监控系统带来新的活力。作者简介赵羽飞（1978-），工程师，硕士研究生，主要从事军用光电装备研究与质量监督工作。