監控圖像融合技術的進步將實現3D監控環境

?目前的視頻安全技術可以通過多種形式提供形象生動的高清晰數字視頻監控，然而，系統集成商們仍在尋求一種新的途徑來利用現代化設備對晝夜監控圖像進行細致解讀。

????? 視頻分析、圖像融合以及高清晰度是研發的三個方向。

　　一名懶散的警衛盯著幾臺監視器，一杯接一杯地喝著咖啡，這就是當前美國軍事設施以及國土安全視頻監控系統。

　　當前美國面臨的威脅極其復雜多樣，在采用視頻監視器的基礎上，擁有細致視頻畫面分析能力變　　得至關重要。

　　監控用戶可采用多種監控手段，例如紅外線（包括短波和長波）、圖像融合、衛星鏈接以及無人機系統（UAS）傳輸視頻等。

　　美國馬里蘭州蓋瑟斯堡市洛克希德?馬丁信息系統及全球服務分公司的全動態視頻解決方案部主任查理?莫里森（Charlie Morrison）說：“通過運用視頻分析技術，能實現上述技術的綜合運用。這項技術能對目標進行追蹤和識別。”

　　莫里森接著說：“由于信息量巨大，需要提前對信息進行組織和性質分析，緩解監控操作人員在處理數據時的巨大壓力。我們已將這一技術推向市場。”

　　“未來的視頻監控屏幕會像全球最大的體育電視網ESPN以及CNBC電視頻道一樣，在屏幕下方滾動播出體育賽事結果以及股票行情。隨著多元智能化視頻處理技術的出現，監控屏幕上不再只顯示單一畫面。”

　　洛克希德?馬丁公司的莫里森研究小組和總部位于佛羅里達州墨爾本市的哈里斯公司的工程師們正在對此項技術進行研究，驗證其是否能夠運用在軍事監控及情報應用領域。莫里森說：“我們希望將這項商業技術運用到國防部（DOD）視頻監控系統當中。”

　　“全動態視頻在情報數據采集和分析方面具備獨一無二的優勢，”洛克希德?馬丁公司空間解決方案部副主任吉姆?科爾哈斯（Jim Kohlhaas）說。“成千上萬的平臺每天都在收集重要的視頻情報。而我們面臨的挑戰是如何對如此大量的信息進行收集和分類，并從堆積如山的數據中分析找出所需的重要情報，并對這些情報數據進行解讀和交流共享。”

　　“Audacity”音頻編輯軟件是洛克希德?馬丁公司開發的主要視頻分析工具之一。“Audacity”軟件能標記、分類數字素材，并編制信息目錄。洛克希德?馬丁公司公開透露，該軟件也擁有情報分析功能，包括視頻馬賽克處理、面部識別、目標追蹤以及關注區域的智能自動報警功能等。

　　哈里斯公司采用全動態視頻資產管理引擎（FAME）。洛克希德公司透露，該引擎可直接將視頻、聊天以及音頻集成在視頻流中。廣播通訊行業所采用的此項設備能夠通過集成處理和存儲引擎生成一個數字建筑，為基礎設施提供增強視頻流。

　　莫里森說：“我們所做的就是將全動態視頻資產管理引擎和‘Audacity’軟件的各自優勢發揮到極致，并且將兩種技術緊密融合，讓人們說不出哪項具體功能是哪個軟件發揮作用的結果。”

　　洛克希德?馬丁公司致力于“在紛繁復雜的情報中篩選信息”，從而分析視頻，識別目標。洛克希德?馬丁公司還透露，兩大公司攜手合作，將重點放在視頻功能以及實時視頻和視頻記錄分析能力的研究和開發領域。

　　據悉，研究小組還負責開發一種能夠“跨組織、跨地域編目，存儲及安全共享視頻情報”的解決方案。

　　莫里森說：“越來越多的資產監控系統采用了紅外線、晝夜圖像監控、目標識別等手段，我們可以為上述資產監控提供信息過濾。該軟件能夠組織數據，協助操作人員作出決定，縮短反應時間，提高反應效率。”

　　 ?? 莫里森表示他們已經完成一項此種監控部署。但不肯透露部署地點以及采用此項方案的用戶名稱。

縮短決策時間

　　莫里森表示：“通過共同努力，視頻監控操作人員能夠使用圖形用戶界面，輕松完成操作。”

　　以港口的安全應用方面為例，洛克希德?馬丁公司信息系統和全球服務部的項目經理托尼?莫雷利（Tony Morelli）說：“操作人員不僅可以從監控屏幕上了解到船只進港，而且還能夠了解船只的預定運載貨物以及實際運載貨物。”

　　莫里森繼續說道：“該界面也能夠提供一種聊天功能，運用數據流技術實現兩個指揮官或者操作人員之間的音頻對話。在任務視頻流中，還能夠看到聊天信息。”

檔案分析

　　莫里森說：“目前的視頻歸檔過程是將視頻錄像分割成若干個30分鐘或20分鐘長短的視頻片段保存。所以，這將花費大量的時間來檢索信息，尤其是在你尋找2秒鐘的幀數時。”

　　他補充說明道：“這就好比讓你在有10000個WORD文檔的搜索引擎中尋找一個句子。”

　　莫里森說：“運用元標記（Meta tag）功能來標記數據要快得多。舉個例子，假如看到一輛紅色福特野馬跑車停在樓下，監控人員就可以查出這輛跑車三天前在什么地方，然后播放出跑車出現前后的所有錄像。這就像數字視頻錄像機或硬盤數字錄像機（Tivo）能夠讓你回顧電視中的某些錯過的片段。”

　　莫里森繼續說：“這個例子體現了該系統在地理方面的識別能力，該系統同時具備時間、關鍵詞以及地域的搜索功能。”

　　莫里森指出這一解決方案不能對口語詞進行搜索，但是可以將音頻數據轉錄為文本。對此，莫里森又用福特“野馬”跑車舉了一個例子，監控視頻的操作人員可以“搜索10天前到當天的所有跟這輛紅色福特“野馬”跑車有關的信息。”

交互分析

　　莫里森說：“研究目標的發展方向就是更多將視頻分析能力與觸屏功能相互融合。操作人員只要從眾多數據中挑出一條便可獲悉更詳盡的信息——無論是警方關注的嫌疑人或嫌疑車輛，還是某一關注領域兩個領導人之間的對話。”

　　優勢之一即“該方案能夠同各種監視設備結合運用”。當前，美國陸軍、海空軍以及海軍陸戰隊都使用著大量不同類型的監控設備以獲取信息，而哈里斯與洛克希德?馬丁公司開發的聯合方案則融合所有設備的功能。莫里森說：“實現這一成果的關鍵因素就是標準化。”倘若所有用戶都使用同一元數據標準，那么即便在沒有運用相關設備工具的情況下，數據信息的整合分類也不會過于復雜，莫里森還指出，視頻標準由動態圖像標準機構（MISB）設定。

?莫里森說：“觸屏能力仍需經過數年的開發研究，但是，系統會在后臺根據操作人員的意圖，如以往的搜索內容和屏幕上正在查看的內容，來對它認為操作人員會需要的信息進行閃存。”這就類似于“亞馬遜”（Amazon）之類的網站，他們分析顧客的購買趨勢，之后向顧客推薦其可能感興趣的商品。

全景圖像融合

　　倘若視頻真實捕捉到了所有細節，那么對視頻數據的分析及提取效率就會大大提高。英國布拉科內爾（Bracknell）市“GE Fanuc”智能平臺（布拉科內爾）有限公司（原Octec有限公司）的工程師和科學家們正在研究如何仿照人類通過眼睛獲取圖像信息再傳送到大腦對信息進行分析這一過程，創建一種全新的視頻處理模式。

　　“問題在于如何將該模式下的圖像以直觀的方式呈現給人眼，因為人類的眼睛會對物理運動做出反應。”布萊克內爾“GE Fanuc”智能平臺業務發展部的副主任拉里?謝佛（Larry Schafer）說道。當前的眾多監控系統在屏幕上顯示的符號過于繁瑣，令操作人員眼花繚亂，無法及時作出反應。

　　“GE Fanuc”的工程師們指出，如果將圖像更加直觀地呈現在屏幕上，并且盡可能地減少符號的使用，就能夠讓監控設備的操作人員對信息了解得更為透徹，并能做出正確決定。

　　謝佛和他的研究小組希望能夠通過建立一系列裝配有全天候工作的傳感器的攝像頭來重建信息的呈現方式。謝佛說：“該裝置被稱之為分散式孔徑傳感器。”

　　謝佛說：“從某種程度上說，這就是一種全景變焦攝像頭。當操作人員走出坦克或者其他車輛時，能夠通過這種攝像頭了解自己身后的情況。”

　　謝佛還說：“影像是圖像融合的一種形式。將白天和黑夜的影像以160度或者360度的可視程度疊加在一起，生成圖像的對比度將更為豐富。因此眼睛得到了必要的直觀刺激。”

　　圖像融合“不間斷運作的傳感器讓我們重新回到了數據提取這一環節”，從根本上為監控操作人員提供全方位視野。若有目標出現在監控人員的后方，無論目標是躲藏在建筑物內還是在坐在駕駛的車輛中，操作人員都可以通過調節觸摸顯示屏在第一時間內獲取信息。

　　謝佛說：“這將創造一個3D監控環境，周邊的視野將會變得跟你正前方的視野一樣清晰明朗。”

　　根據“GE Fanuc”智能平臺的數據資料顯示，這種視頻處理技術采用的是“GE Fanuc”所研發的IMP20視頻處理夾層卡，IMP20夾層卡是該公司ADEPT104以及AIM12自動視頻跟蹤器中的附加模塊，擁有輔助的圖像融合功能。

　　數據資料還顯示該裝置的圖像融合算法能夠提供更快的運行時間以及減少內存消耗。IMP20夾層卡還具有一個“實現旋轉、縮放及轉換的內置信息源強力引擎，能夠彌補成像器之間的圖像失真和失調，降低對成像器的精確匹配要求”，降低整個系統的成本。

? 謝佛說：“這是一種通過將白天拍攝的圖像與熱成像復合來實現的真實情景識別，添加了目標識別能力。這項技術同時也運用到了很多相同的短波紅外技術，而這些短波紅外技術的運用由來已久。”

短波紅外（SWIR）

　　雖然短波紅外（SWIR）傳感器存在已久，但如今此項技術在關鍵任務的監控應用上仍然少不了要采用短波紅外傳感器。

　　美國新澤西州普林斯頓市古德里奇情報、監視和偵查系統公司（前傳感器無限公司）銷售和市場營銷部的主管羅伯特?斯圖魯瑟斯（Robert Struthers）說：“實驗表明，即便在有霧、霾、粉塵以及煙霧等外界大氣環境的干擾下，短波紅外波段仍然具有良好的成像能力。將短波紅外技術與長波或者中波紅外技術結合運用到熱像儀中，能夠有效地提升駕駛員在夜間的可視能力和空中大范圍持續監視能力，并能提高士兵所用的攜帶式夜視成像系統的性能。從根本上說，熱紅外波段負責偵察，紅外短波負責識別。”

　　斯圖魯瑟斯說：“短波紅外相機的高性能在于它在沒有閃光燈的情況下拍攝城市夜間畫面，或在強曝光下保持圖片色彩不失真。與可見光相機和夜視鏡（NVG）相比，紅外短波砷化銦鎵相機（InGaAs）的波長敏感度更高，再結合波長匹配功能以及隱蔽照明裝置，可使士兵避免由于夜視鏡暴露而受到的攻擊。

　　斯圖魯瑟斯表示在熱轉換的過程中（近黃昏/黎明），短波紅外的成像能力依然十分出色。

　　他說：“短波紅外的光譜帶根據反射光線產生圖像，而其他熱成像系統則根據溫度成像，在成像原理上與其他系統有所區別。運用反射光線成像的圖像將比熱光譜帶成像系統產生的圖像更為清晰，而溫度成像的圖像看起來仿佛就是具備目標/生物識別能力的黑白可視圖像。”

　　斯圖魯瑟斯說：“古德里奇公司的紅外短波砷化銦鎵相機在紅外短波波段（像素列陣為640*512）能夠提供最高的分辨率，多數相機都有封閉式相機殼，或者作為微型開放式框架模塊嵌入到監視框架和小型光學系統中使用。”

　　古德里奇公司的最新砷化銦鎵相機型號為SU640KTSX-1.7RT，該型號相機具有靈敏度高和動態范圍廣的特點。根據古德里奇公司提供的數據表，在被動監控和激光器的使用中，該相機能夠在短波紅外光譜帶范圍內實時地將夜間圖像轉換成白天拍攝圖像的效果。據悉，相機自帶有自動增益控制（AGC）系統，能放大圖像，并改善內置非均勻性校正(NUC)功能。由于波限更低，該相機甚至能夠捕捉到先前只有硅基成像系統才能捕捉到的光子。

　　由位于佛吉尼亞州阿林頓市的美國國防部高等研究計劃局（DARPA）出資，推動古德里奇公司在短波紅外相機方面的研發。斯圖魯瑟斯說：“研究的主要目的是推出一種適用于小型無人機平臺以及便攜式夜視組件的設備，該設備還具有外形小巧、重量輕、耗電量低的特點。”

　　斯圖魯瑟斯補充道：“短波紅外相機的廣泛應用，促進了隱蔽照明裝置以及特殊防反射鍍膜鏡片的發展，最大程度地提高了士兵的夜視能力。”