全景可辨全時(shí)可用在立體化社會(huì)治安防控體系中的應(yīng)用

立體化社會(huì)治安防控體系

　　隨著依法治國戰(zhàn)略的全面推進(jìn)和平安中國建設(shè)的積極深入，2015年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)社會(huì)治安防控體系建設(shè)的意見》。意見從加強(qiáng)社會(huì)治安防控網(wǎng)建設(shè)、提高社會(huì)治安防控體系建設(shè)科技水平、完善社會(huì)治安防控運(yùn)行機(jī)制、運(yùn)用法治思維和法治方式推進(jìn)社會(huì)治安防控體系建設(shè)、建立健全社會(huì)治安防控體系建設(shè)工作格局等五大方面提出了具體措施。其后，國家發(fā)展改革委、中央綜治辦、公安部等9部委發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工作的若干意見》，公安部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公安機(jī)關(guān)視頻圖像信息應(yīng)用的意見》，文件要求著力提高動(dòng)態(tài)化、信息化條件下駕馭社會(huì)治安局勢(shì)能力，以確保公共安全、提升人民群眾安全感和滿意度為目標(biāo)，以突出治安問題為導(dǎo)向，以體制機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力，以信息化為引領(lǐng)，以基礎(chǔ)建設(shè)為支撐，堅(jiān)持系統(tǒng)治理、依法治理、綜合治理、源頭治理，健全點(diǎn)線面結(jié)合、網(wǎng)上網(wǎng)下結(jié)合、人防物防技防結(jié)合、打防管控結(jié)合的立體化社會(huì)治安防控體系。

　　在加強(qiáng)社會(huì)治安防控網(wǎng)建設(shè)方面，明確要求加強(qiáng)社會(huì)面、重點(diǎn)行業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)和村(社區(qū))、機(jī)關(guān)企事業(yè)單位、信息網(wǎng)絡(luò)防控網(wǎng)建設(shè)。在完善社會(huì)治安防控運(yùn)行機(jī)制方面，要求健全社會(huì)治安形勢(shì)分析研判機(jī)制、實(shí)戰(zhàn)指揮機(jī)制、部門聯(lián)動(dòng)機(jī)制、區(qū)域協(xié)作機(jī)制，增強(qiáng)打擊違法犯罪、加強(qiáng)社會(huì)治安防控工作合力。同時(shí)，還要加強(qiáng)信息資源互通共享和深度應(yīng)用，加快公共安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，提高社會(huì)治安防控體系建設(shè)科技水平。

公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)趨勢(shì)

　　公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)是依托公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和安防創(chuàng)新科技能力，深化公安信息化建設(shè)和應(yīng)用，構(gòu)建的打、防、管、控一體化、網(wǎng)上網(wǎng)下一體化的立體化安防系統(tǒng)。根據(jù)治安、警務(wù)、指揮、決策、刑偵、反恐、應(yīng)急等公安實(shí)戰(zhàn)業(yè)務(wù)管理應(yīng)用需求，為公安各部門、各警種提供快速、高效、準(zhǔn)確的智能檢索、分析、比對(duì)、關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)挖掘等智能化實(shí)戰(zhàn)服務(wù)，全面提升公安信息化應(yīng)用水平和各部門協(xié)同防控能力。

　　自2004年開展平安城市建設(shè)以來，經(jīng)過10余年的總結(jié)探索，公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)初步形成了從頂層設(shè)計(jì)到精準(zhǔn)規(guī)劃的建設(shè)思路和建設(shè)方案，體現(xiàn)出“全域覆蓋、全網(wǎng)共享、全景分辨、全時(shí)可用”的建設(shè)目標(biāo)。

　　首先，通過采集城市各級(jí)道路、橋梁、社區(qū)、村莊和學(xué)校、醫(yī)院、銀行、機(jī)場(chǎng)、車站、港口、廣場(chǎng)等重點(diǎn)單位要害部位的分布現(xiàn)狀及原有視頻監(jiān)控網(wǎng)建設(shè)情況等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制定視頻監(jiān)控點(diǎn)位的設(shè)置規(guī)范，規(guī)劃出監(jiān)控點(diǎn)位的建設(shè)規(guī)模、數(shù)量和具**置。未來目標(biāo)是建成“道路交叉口全斷面監(jiān)控、城區(qū)道路接力監(jiān)控”和“重點(diǎn)單位、要害部位視頻監(jiān)控?zé)o盲區(qū)，住宅小區(qū)出入口和人員密集區(qū)域視頻監(jiān)控?zé)o死角，普通企事業(yè)單位視頻監(jiān)控基本全覆蓋”的視頻監(jiān)控網(wǎng)。

　　其次，根據(jù)城市區(qū)域特點(diǎn)和發(fā)展規(guī)劃，建設(shè)“圈、塊、格、線、點(diǎn)”布局的視頻監(jiān)控網(wǎng)布局——以環(huán)城路網(wǎng)為區(qū)隔的多級(jí)防控“圈”，以行政區(qū)劃為邊界可明確管控責(zé)任的“塊”，以塊內(nèi)主管盧和次干路為網(wǎng)脈絡(luò)的封閉式棋盤網(wǎng)“格”，通過路口路段監(jiān)控點(diǎn)位可掌握人車動(dòng)態(tài)的軌跡“線”，以及城市防控的關(guān)鍵“點(diǎn)”，達(dá)到區(qū)域全面監(jiān)控、時(shí)空無縫對(duì)接、目標(biāo)全程追蹤的防控目標(biāo)。

　　再次，各部門信息資源共享，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控一張網(wǎng)。通過視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)提供的大數(shù)據(jù)，圍繞“人、車、物、事、組織”治安防范五要素，經(jīng)過深度開發(fā)和應(yīng)用，建立視頻圖像資源庫、智能化圖像分析組件庫和大數(shù)據(jù)分析檢索引擎，依托公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)，不僅為打擊犯罪、維穩(wěn)處突提供有力技術(shù)支持，在城市管理、服務(wù)民生、搶險(xiǎn)急救等方面也發(fā)揮著更加重要的作用。

　　最后，提高圖像采集的技術(shù)水平，不但通過提升高分辨率攝像機(jī)的建設(shè)比例獲取更大場(chǎng)景視野，還要解決夜間低照度下視頻監(jiān)控的成像難題，改善暗處圖像看不清以及紅外線下黑白圖像損失細(xì)節(jié)信息的問題，此外，通過運(yùn)維系統(tǒng)保證視頻監(jiān)控點(diǎn)位的日常完好率，實(shí)現(xiàn)全景分辨和全時(shí)可用的目標(biāo)。

全景分辨全時(shí)可用的作用價(jià)值

　　公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)建成后，可充分整合政府和社會(huì)面的圖像資源，可實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)各類現(xiàn)場(chǎng)“事前預(yù)警”，提前發(fā)現(xiàn)異常情況，提高事前發(fā)現(xiàn)的能力;二是便于及時(shí)獲取各類信息，提高快速反應(yīng)能力，及時(shí)調(diào)整部署警力把握防控的主動(dòng)權(quán)，并在處置突發(fā)事件中，可向現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)布命令，實(shí)施扁平化指揮;三是通過圖像結(jié)構(gòu)化信息，搜集各類線索，通過大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行綜合研判，為案件偵破和事后分析提供翔實(shí)證據(jù)。

　　但是圖像作為公安治安防范和案件偵破的重要依據(jù)，長期以來都難以回避夜間視頻質(zhì)量差，看不清暗處的問題。雖然200萬像素高清攝像機(jī)的普及和紅外燈技術(shù)的成熟，使得夜間成像能力有所提升，但低照度時(shí)噪點(diǎn)大和黑白圖像的效果使得圖像線索中缺少顏色和細(xì)節(jié)信息。

　　于是，低照度作為高清攝像機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)逐漸得到關(guān)注。低照度性能卓越的高清攝像機(jī)可以滿足弱光下的清晰彩色圖像，在全黑環(huán)境或者照度極低的情況下也可提供清晰的黑白圖像。隨著低照度技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，2012年開始，一線安防廠商開始重視星光級(jí)超低照度的攝像機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)，在光照正常的環(huán)境下，星光級(jí)攝像機(jī)能夠保持亮麗、正常成像效果;而當(dāng)光線變暗，如晝夜轉(zhuǎn)換時(shí)，星光級(jí)攝像機(jī)畫面保持彩色、流暢和清晰無拖尾的低照度成像。星光級(jí)攝像機(jī)的出現(xiàn)，徹底解決了夜間監(jiān)控的光線昏暗不清圖像或是紅外燈下黑白圖像的問題。隨著全景分辨全時(shí)可用在立體化社會(huì)治安防控體系的要求，星光級(jí)攝像機(jī)以及新一代的超星光攝像機(jī)逐漸成為平安城市系統(tǒng)中的主要組成部分。星光級(jí)攝像機(jī)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化和系列化，以天地偉業(yè)的星光級(jí)產(chǎn)品為例，包括星光槍機(jī)、星光球機(jī)、星光激光夜視儀等不同品類，星光槍機(jī)主要用于道路定點(diǎn)監(jiān)控，針對(duì)全景和大場(chǎng)景，星光球機(jī)主要用于動(dòng)點(diǎn)監(jiān)控，針對(duì)特寫和長距離監(jiān)控，激光夜視儀主要用于城市制高點(diǎn)、邊防、海防等領(lǐng)域，兼顧大場(chǎng)景和小細(xì)節(jié)。

低照度攝像機(jī)現(xiàn)狀

　　攝像機(jī)由鏡頭、傳感器、濾光片、DSP信號(hào)處理電路等組成。在星光級(jí)攝像機(jī)問世之前，低照度攝像機(jī)內(nèi)部選用具有高感光度特征的圖像傳感器芯片;通過雙濾光片切換機(jī)構(gòu)和彩轉(zhuǎn)黑方式實(shí)現(xiàn)日夜型圖像功能;在圖像編碼過程中采用圖像降噪增強(qiáng)技術(shù)，外部通過紅外燈、白光燈或激光等進(jìn)行環(huán)境補(bǔ)光。攝像機(jī)廠商通過一種或多種技術(shù)組合的方式提升低照度下的圖像效果，通常有三種方式：

　　1、日夜型和彩轉(zhuǎn)黑，采用雙濾光片切換機(jī)構(gòu)。在白天和光線充足條件下，使用紅外截止濾光片，修正白天偏色問題，確保清晰高品質(zhì)的彩色圖像。在夜間或光照低情況下，切換為另一片全透光譜濾光片，傳感器變到黑白狀態(tài)，提升夜晚亮度，捕捉明亮高對(duì)比度的黑白圖像。該方式應(yīng)用比較普遍。

　　2、低速快門(慢快門/幀累積)，連續(xù)將幾個(gè)因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個(gè)圖像清晰的畫面。由于開啟該功能之后，雖然可以獲得較清晰的圖像，但動(dòng)態(tài)畫面會(huì)有非常嚴(yán)重的拖尾，因此這類攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館、夜間生物活動(dòng)觀察、夜間軍事海岸線監(jiān)視等靜態(tài)場(chǎng)景的監(jiān)視，但不適合城市道路等動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

　　3、超感光度，通過提升攝像機(jī)圖像傳感器的感光度，結(jié)合DSP圖像效果處理，實(shí)現(xiàn)極低照度下的清晰彩色圖像。由于圖像傳感器進(jìn)步較快，DSP圖像增強(qiáng)技術(shù)也逐步突破，從而保證高清攝像機(jī)不僅白天畫質(zhì)好，夜間也能看清楚。例如天地偉業(yè)推出的星光級(jí)和超星光系列攝像機(jī)可在極低照度下可以看到動(dòng)態(tài)彩色圖像。

星光級(jí)攝像機(jī)技術(shù)

　　經(jīng)過長期實(shí)驗(yàn)和探索，要達(dá)到星光級(jí)低照度，需要從高清鏡頭、低照度感光器件等硬件入手，同時(shí)優(yōu)化ISP圖像處理性能，通過軟硬件相結(jié)合從而獲得更高畫質(zhì)的夜間效果。

　　高清鏡頭

　　鏡頭可攝取光線的多少直接決定了成像的清晰度。用進(jìn)光量衡量鏡頭攝取光線的多少，用F值(光圈)表示。焦距相同的條件下，鏡頭口徑越大，F(xiàn)值越小，鏡頭進(jìn)光量就越大。常見大光圈鏡頭F值為1.2。

　　感光器件

　　攝像機(jī)常用的感光器件分為CCD和CMOS，隨著高清的普及，CMOS技術(shù)得到較大發(fā)展，特別是低照效果有了質(zhì)的提升，比傳統(tǒng)CMOS提升一倍以上，已經(jīng)與CCD傳感器接近，集成度更高，功能更加豐富、性價(jià)比更高。大靶面的感光器件感光度越好。

　　普通模擬攝像機(jī)大約為30萬像素，而高清攝像機(jī)則至少是200萬像素，像素點(diǎn)是模擬攝像機(jī)的8倍，這樣一來，每一個(gè)像素的感光面積只有模擬攝像機(jī)的1/8，傳感器必須采用新技術(shù)，才能保證夜間的高清畫質(zhì)。例如STARVIS系列傳感器，采用背照式像素技術(shù)，具有每1µm2 2000mV或以上的感光度，能夠高效獲取近紅外光，在夜間也能清晰拍攝。

　　圖像DSP處理

　　低照度攝像機(jī)不僅依賴硬件，圖像處理算法也起到非常突出的作用，比如彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)、幀累積技術(shù)、降噪技術(shù)等都可以提升高清低照度的效果。這是由于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在低照度下的圖像噪點(diǎn)會(huì)比光線較好時(shí)增加很多，因此，各種數(shù)字圖像降噪算法就有了用武之地，比如，處理靜態(tài)畫面時(shí)使用三維濾波，而動(dòng)態(tài)時(shí)則使用二維濾波。兩種降噪算法結(jié)合使用，可以保留重要的細(xì)節(jié)，使圖像更加平滑，并可以盡量減少運(yùn)動(dòng)物體形成的拖影，同時(shí)極大的改善視頻的閃爍感。

　　同樣的傳感器和鏡頭，相同的硬件平臺(tái)，各廠家攝像機(jī)的低照效果卻差異較大，這是因?yàn)榻翟胩幚砗唾ゑR曲線調(diào)整就是很重要的圖像處理手段。噪點(diǎn)會(huì)使圖像顯得不清晰，但降噪不當(dāng)又會(huì)造成嚴(yán)重的霧感和拖影，丟失細(xì)節(jié)。伽馬曲線數(shù)值設(shè)置過高會(huì)讓畫面的對(duì)比度增加，畫面變暗，畫質(zhì)通透，但是會(huì)丟失細(xì)節(jié);設(shè)置過低又會(huì)使圖像變亮，細(xì)節(jié)會(huì)增加，但是畫質(zhì)通透度變差。ISP圖像處理算法體現(xiàn)了廠家自身的研發(fā)能力。

如何甄別星光級(jí)攝像機(jī)

　　目前市面上很多廠家都宣稱有低照度星光攝像機(jī)，如何正確識(shí)別?我們通常用照度(Lux)作為衡量攝像機(jī)在低照度環(huán)境下的圖像細(xì)節(jié)還原能力。真正意義的高清星光應(yīng)為在0.002Lux的環(huán)境光線照度下能還原出彩色無拖尾的流暢圖像。即借助環(huán)境光可以在黑夜看見目標(biāo)，如果環(huán)境光線不足，會(huì)切換為紅外燈補(bǔ)光黑白圖像。

　　如何測(cè)量網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品的低照度性能呢?不同的廠家有不同的方法，僅憑攝像機(jī)的數(shù)字指標(biāo)并不能真正反映出實(shí)際性能。一般可以從亮度、黑電平、信噪比、分辨率四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)量數(shù)值最高的一個(gè)則被定義為最低工作照度要求。但對(duì)攝像機(jī)的4個(gè)參數(shù)分別測(cè)量時(shí)，很難通過調(diào)整增益水平和圖像處理方法來對(duì)攝像機(jī)的整體性能進(jìn)行補(bǔ)償，例如提高增益水平可能會(huì)提高圖像亮度，但同樣會(huì)增加畫面噪點(diǎn)數(shù)量，造成較低的信噪比。因此系統(tǒng)的整體測(cè)量結(jié)果能夠真實(shí)反映出攝像機(jī)低照水平，這對(duì)于測(cè)試環(huán)境設(shè)備和方法提出了較高要求。

　　以天地偉業(yè)2016年竣工的國家級(jí)視頻監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室(國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室)為例，可以進(jìn)行各種復(fù)雜環(huán)境下的動(dòng)態(tài)視頻測(cè)試：

　　專業(yè)測(cè)試卡片：灰階卡、銳化測(cè)試卡、色彩還原測(cè)試卡、噪聲測(cè)試卡、噪點(diǎn)Log對(duì)數(shù)反差卡。

　　專業(yè)測(cè)試儀器：星光級(jí)低照度測(cè)試儀、透射燈箱、以及多元化實(shí)景。

　　低照測(cè)試環(huán)境：星光級(jí)低照度測(cè)試儀，最低照度可達(dá)0.0001lux，可以模擬從太陽落山到漆黑的郊外午夜，滿足星光級(jí)及微星光的測(cè)試要求。

　　專業(yè)色溫模擬系統(tǒng)：多色溫反射光源系統(tǒng)，可以模擬8種單色溫和4萬多種混合色溫。針對(duì)視頻畫面中經(jīng)常出現(xiàn)的場(chǎng)景，例如高反光，多色彩，細(xì)節(jié)較多的場(chǎng)景進(jìn)行模擬，保證攝像機(jī)在各種環(huán)境下使用，視頻可視效果都能達(dá)到最優(yōu)。

　　專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)：使用Imatest系統(tǒng)進(jìn)行圖像質(zhì)量分析，用萬分位照度儀進(jìn)行照度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

超星光攝像機(jī)技術(shù)

　　天地偉業(yè)星光產(chǎn)品推出后，迅速占領(lǐng)了低照度攝像機(jī)市場(chǎng)贏得用戶認(rèn)可和行業(yè)技術(shù)趨勢(shì)的調(diào)整，2016年低照效果再次升級(jí)，推出超星光系列產(chǎn)品，最低照度達(dá)到0.0008Lux，不再需要紅外補(bǔ)光，真正實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全彩監(jiān)控。

　　首先，超星光攝像機(jī)采用了極限光圈超星光鏡頭，獨(dú)有光路設(shè)計(jì)，F(xiàn)1.2超大光圈，超低色散，多層鍍膜，捕捉環(huán)境光的能力到達(dá)極致。

　　其次，超星光攝像機(jī)搭載TVP超視覺技術(shù)，通過ISP圖像處理算法軟件的效果調(diào)優(yōu)，從4個(gè)方面提升視頻效果：一、通過時(shí)域、空域高精度雙邊濾波降噪，達(dá)到更高信噪比;二、寬色域白平衡技術(shù)，使色彩準(zhǔn)確度提升30%;三、灰度分布自適應(yīng)曲線圖像增強(qiáng)技術(shù)，使視頻可視化效果提升38%;四、自適應(yīng)銳化技術(shù)，達(dá)到更高的圖像銳度。

　　最后，超星光攝像機(jī)采用超低照度的傳感器，超大靶面尺寸，對(duì)低照效果處理能力更強(qiáng)，彩色最低照度達(dá)到0.0008Lux。

展望

　　任何低照度攝像機(jī)都需要有一定的光線才可使用，沒有任何光線的0LUX(沒有可見光)攝像機(jī)是沒有的，這種情況需要用紅外燈補(bǔ)光。星光級(jí)和超星光攝像機(jī)的突破，使得高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足弱光和低照等特殊場(chǎng)合等多種環(huán)境應(yīng)用，滿足了立體化社會(huì)防控體系中關(guān)于全景可辨全時(shí)可用的要求，也使得公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)在增強(qiáng)防范打擊犯罪的同時(shí)，與其他部門例如交通、安監(jiān)、城管、水務(wù)、園林、環(huán)保等政府職能部門資源共享，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨部門公共視頻圖像信息的常態(tài)化和一體化應(yīng)用，打破了原來的“信息孤島”，避免了資源浪費(fèi)，進(jìn)一步提高服務(wù)社會(huì)的管理水平。