CN102842196A - 红外热成像全天候防海盗登船告警系统 - Google Patents

Abstract

红外热成像全天候防海盗登船告警系统，属于船舶防海盗技术领域。包括舷内外红外摄像板块、图像处理板块和报警板块，图像处理板块包括图像分割模块、图像筛选模块、图像分类模块。舷内外红外摄像板块获取的红外图像输入到图像分割模块进行图像分割，得到二值图像再输入到图像筛选模块，筛选后得到图像的特征向量信息，对该特征向量信息进行SVM分类训练，得到人体特征的识别结果及报警信息，将报警信息输入到报警板块实现报警。本发明依靠软硬件的集成，具有较强的自适应性、良好的实时性及低误报率，具备优秀的可移植性。系统硬件部分小型、便携、低功耗、高集成度，具备足够的识别处理、人机交互运算能力。

Description

红外热成像全天候防海盗登船告警系统

技术领域

本发明涉及一种防海盗夜间登船偷袭告警系统，特别是一种利用红外热成像技术并结合先进的计算机视觉处理算法的红外热成像全天候防海盗登船告警系统。属于船舶防海盗技术领域。

背景技术

现代船舶配备有航海雷达，具备探测水面大型船只、冰山、港口设置等大型目标的能力，可以为船舶定位、测距、引航、避碰提供可靠数据，但是，由于航海雷达分辨力的约束，难以探测近距离小目标。这样，海盗很容易跨过各类仪器的监视盲区，在船员不能觉察的情况下靠近船舶，伺机偷袭；特别在夜间和大雾天气等能见度低下的场合，海盗更容易逃过瞭望员的巡视而登船偷袭。

目前，国内外船舶使用的防海盗登船预警设备主要有主动式红外摄像头成像报警系统及被动红外传感式报警系统两大类，它们很大程度上提高了船舶防偷袭的能力，但也存在明显的不足：前者的弊端与船员巡视面临的困境一致，且可视距离近，在大雨、大雾等恶劣海况下效果变差；后者虽然能在夜间工作，但只能探测人体发出的10um左右的波长辐射，若偷袭人员经伪装改变辐射波长特征，则装置失效。红外热成像仪也是一种利用被动红外感应技术的产品，其优点是可以成像。随着技术的进步，热成像仪从军用领域逐渐走向民用，日益低廉的价格和出色的夜视能力、薄雾透视能力使其在很多方面都得到了应用，船舶领域也使用热成像仪来进行夜间辅助导航和防盗，但目前尚未出现可识别人形的全自动智能化的热成像防登船告警系统，其告警的实现都有赖于人工观察显示设备进而发现目标。

在已有技术中，型号为Longhorn LH-9341C的被动红外报警探测器探测人体特有的红外波长并报警，但不能成像，易误报；美国Flir公司生产的M-324XP海事用红外热像仪，由热成像仪和操控装置组成。主要用于导航和防海盗，其优点是成像细腻且在大雨、大雾等恶劣海况下可正常工作。但该产品不能主动识别人进行自动告警。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种红外热成像防海盗夜间登船告警系统。该系统不需要变动原有船舶的各种设施和部位，只需花费低廉的成本，即可完成设置并进行持续运转，实施反海盗登船的有效监测。

本发明采用的技术方案是将通过红外热像仪得到的红外图像进行图像处理，得到目标的特征信息，实现人体识别。本发明包括舷内红外摄像板块、舷外红外摄像板块、图像处理板块和报警板块。舷内红外摄像板块与舷外红外摄像板块的输出端均与图像处理板块的输入端连接，图像处理板块的输出端与报警板块的输入端连接。

舷内红外摄像板块和舷外红外摄像板块是采用多个红外热像仪分别按照30——50米的间距，沿着船舶内舷和外舷分散固定安置，使船舶甲板上层面各区段和外舷侧面下部各区段都处于红外扫描之下，不出现盲区，以免遗漏对于正在登船和已经登船海盗的扫描。不论白天还是夜晚，也不论处于天气晴朗的良好视野还是处于气候恶劣的低能见度环境，该成像仪都能够为系统提供清晰、细致、覆盖全船甲板上和船舷侧面全部区域的红外图像信息。

图像处理板块的硬件本体是采用ARM11系列的S3C6410处理器。其配合工作的软件，是由图像分割模块、图像筛选模块和图像分类模块三大部分组成的。

图像分割模块由形态学滤波器、K-均值算法组成。形态学滤波器对红外图像进行形态学滤波，然后K-均值算法对图像进行分割，在分辨率低、边缘模糊的红外图像中，其分割效果良好，能够剔除原红外图像中的大量干扰信息，为图像筛选模块的工作提供了良好的基础。

图像分割模块所获得的分割后的二值图像信号，输入到图像筛选模块。图像筛选模块由面积筛选算法、宽高比筛选算法、填充率筛选算法及基于梯度方向直方图的局部特征描述器组成，其功能是对于二值图像中的非空区域进行面积筛选、宽高比筛选和填充率筛选，以得到候选目标，再采用基于梯度方向直方图的局部特征描述器，抽取出候选目标的局部特征。完成这种特征提取后，就形成了维数较低的特征向量。

图像筛选模块获得的低维数的特征向量图像信号，再输入到图像分类模块。图像分类模块对特征向量进行分类，用人体各形态样本进行训练，实现人体的识别。

首先，系统从安置在船舶内舷和外舷的舷内红外摄像板块和舷外红外摄像板块获得船舶甲板上各区段和外舷下部各区段的全天候扫描图像信号。随后，图像信号输入到图像处理板块。图像处理板块将所接收的红外图像信号进行分割，剔除原图像的大量干扰信息，再筛选出图像中的非空区域，得到候选目标，抽取候选目标的局部特征，最后，对局部特征进行分类，实现人体识别。在确定非船员人体的存在后，图像处理板块立即发出“有”信号，传输到报警板块。报警板块接收到“有”信号，随即发出各类报警信号。包括声音、闪光、照明警报，提醒值班船员鉴定目标并锁定目标。当值班船员核实确认当时发现的目标非本船船员、必定是外来人员侵入后，立即发出全船警报；同时，开启联通的防海盗设施，使之立即投入紧急工作状态，开展驱赶目标、反击海盗的有效活动。

本发明的有益效果：本发明提供的是一种防海盗夜间登船偷袭的告警系统，依靠软硬件的集成，可以胜任防海盗夜间登船告警的任务。系统只需通过较少的样本进行分类训练，即可达到要求的目标识别效果；系统具有较强的自适应性、良好的实时性及低误报率；具备优秀的可移植性。系统的硬件部分小型、便携、低功耗、高集成度，具备足够的图像采集、识别处理、人机交互运算能力。

附图说明

图1是本发明防海盗登船告警系统示意图。

图2是本发明告警系统的工作流程图。

图中，1是舷内红外摄像板块；2是舷外红外摄像板块；3是图像处理板块；4是报警板块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1图2所示，本发明包括舷内红外摄像板块1、舷外红外摄像板块2、图像处理板块3和报警板块4。舷内红外摄像板块1与舷外红外摄像板块2的输出端均与图像处理板块3的输入端连接，图像处理板块3的输出端与报警板块4的输入端连接。

舷内红外摄像板块1和舷外红外摄像板块2是采用多个红外热像仪分别按照30——50米的间距，沿着船舶内舷和外舷分散固定安置，使船舶甲板上层面各区段和外舷侧面下部各区段都处于红外扫描之下，不出现盲区，以免遗漏对于正在登船和已经登船海盗的扫描。红外热像仪是采用M-324XP海事用红外热像仪。不论白天还是夜晚，也不论处于天气晴朗的良好视野还是处于气候恶劣的低能见度环境，该成像仪都能够为系统提供清晰、细致、覆盖全船甲板上和船舷侧面全部区域的红外图像信息。

图像处理板块3的硬件本体是采用ARM 11系列的S3C6410处理器。其配合工作的软件，是由图像分割模块、图像筛选模块和图像分类模块三大部分组成的。

图像分割模块由形态学滤波器、K-均值算法组成。形态学滤波器对红外图像进行形态学滤波，然后K-均值算法对图像进行分割，在分辨率低、边缘模糊的红外图像中，其分割效果良好，能够剔除原红外图像中的大量干扰信息，得到二值图像，为图像筛选模块的工作提供了良好的基础。

图像分割模块所获得的分割后的二值图像信号，输入到图像筛选模块。图像筛选模块由面积筛选算法、宽高比筛选算法、填充率筛选算法及基于梯度方向直方图的局部特征描述器组成，其功能是对于二值图像中的非空区域进行面积筛选、宽高比筛选和填充率筛选，以得到候选目标，再采用基于梯度方向直方图的局部特征描述器，抽取出候选目标的局部特征。完成这种特征提取后，就形成了维数较低的特征向量。

图像筛选模块获得的低维数的特征向量图像信号，再输入到图像分类模块。图像分类模块对特征向量进行分类，用人体各形态样本进行训练，实现人体的识别。图像分类模块是采用SVM分类器。

首先，系统从安置在船舶内舷和外舷的舷内红外摄像板块1和舷外红外摄像板块2获得船舶甲板上各区段和外舷下部各区段的全天候扫描图像信号。随后，图像信号输入到图像处理板块3。图像处理板块3将所接收的红外图像信号进行分割，剔除原图像的大量干扰信息，再筛选出图像中的非空区域，得到候选目标，抽取候选目标的局部特征，最后，对局部特征进行分类，实现人体特征识别。在确定非船员人体的存在后，图像处理板块立即发出“有”信号，传输到报警板块4。报警板块4接收到“有”信号，随即发出各类报警信号。包括声音、闪光、照明警报，提醒值班船员鉴定目标并锁定目标。当值班船员核实确认当时发现的目标非本船船员、必定是外来人员侵入后，立即发出全船警报；同时，开启联通的防海盗设施，使之立即投入紧急工作状态，开展驱赶目标、反击海盗的有效活动。

Claims (2)

1.一种红外热成像全天候防海盗登船告警系统，包括舷内红外摄像板块（1）、舷外红外摄像板块（2）、图像处理板块（3）和报警板块（4）；其特征在于舷内红外摄像板块（1）与舷外红外摄像板块（2）的输出端均与图像处理板块（3）的输入端连接，图像处理板块（3）的输出端与报警板块（4）的输入端连接；舷内红外摄像板块（1）和舷外红外摄像板块（2）是采用多个红外热像仪分别按照3050米的间距，沿着船舶内舷和外舷分散固定安置；图像处理板块（3）的硬件本体是采用ARM11系列的S3C6410处理器，工作的软件包括图像分割模块、图像筛选模块和图像分类模块；图像分割模块由形态学滤波器、K-均值算法组成；图像筛选模块由面积筛选算法、宽高比筛选算法、填充率筛选算法及基于梯度方向直方图的局部特征描述器组成；图像分类模块是采用SVM分类器。

2.根据权利要求1所述的红外热成像全天候防海盗登船告警系统，其特征是所述的红外热像仪是采用M-324XP海事用红外热像仪。

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