高铁线路视频监控热成像摄像机测试

吴云鹏，秦勇，谢征宇，崔圣青

（1. 北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2. 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；3. 中国铁路济南局集团有限公司 济南通信段，山东 济南 250000）

高铁线路视频监控热成像摄像机测试

吴云鹏1，2，秦勇2，谢征宇2，崔圣青3

（1. 北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2. 北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；3. 中国铁路济南局集团有限公司 济南通信段，山东 济南 250000）

介绍高铁线路视频监控热成像摄像机的室内和室外测试情况，主要包括测试环境、设备参数、测试方案和测试结果。在满足高铁线路视频监控要求情况下，测试并验证指定设备在白天、夜间的目标识别与报警能力。

视频监控；热成像摄像机；性能测试；MRTD；NETD；目标识别；报警能力

0 引言

依据中国铁路总公司铁总建设〔2016〕18号文的要求，铁路线路区间隧道口、公跨铁立交桥、桥梁救援疏散通道、沿线设备机房内外、调度局界口和车站咽喉区等重点区域主要采用高清摄像机进行昼夜监视[1]。但由于周界铁路情况复杂，高清摄像机应用中的一些问题日益凸显，例如在恶劣天气、飞虫干扰或照度较低的条件下，很难滤除干扰得到有用的视频图像，使整个安全防范系统在夜间或恶劣天气等条件下的防范能力大打折扣。热成像摄像机利用目标与周围环境之间温度差异所产生的热对比度进行成像，因其特有的功能和具有不受环境干扰等优点，正广泛应用于安防领域[2]。目前铁路领域规模性的热成像应用仍很少，为此中关村轨道交通视频与安全产业技术联盟（简称联盟）组织相关测试，通过模拟高铁线路实际情况，验证热成像摄像机在高铁线路监控中的适用性。期望以测试数据为依据，为设计院、建设单位、使用单位以及相关主管部门提供有效的参考依据。

1 测试项目和环境

1.1 测试项目

测试主要针对室内和室外2个测试场景。室内测试主要包括最小可分辨温差（MRTD）和噪声等效温差（NETD）等性能测试。MRTD是量度整机性能的一个重要参数，不仅包括系统特性，也包括观察者的主观因素。借助MRTD可对整机空间分辨率和温度分辨率进行综合评价。NETD是在视场中产生的输出信号值等于噪声均方根值时目标和背景之间的温度差，即系统能够识别的最小信号值，它客观反映热像仪对目标温度的探测灵敏度。室外测试主要包括智能分析等功能测试和目标检测距离等性能测试。具体测试项目见图1。

图1 测试项目

1.2 测试地点与环境

室内测试项目MRTD和NETD由中国电子科技集团公司第十一研究所（简称中电11所）协助测试。室内测试环境：温度25.3 ℃，湿度61.8%RH；室外测试地点选在北京郊区南口某地直线距离3 km道路，周围500 m范围内无固定和移动照明光源。室外测试环境：温度26 ℃，湿度33%RH，PM2.5值55，白天照度500～600 LX，夜间照度0.002 LX。

2 测试方案

2.1 室内测试

2.1.1 测试时间

2017年8月8日9：00—17：30。

2.2.2 测试方法

（1）特征频率F采用式（1）计算得出：

式中：f为镜头焦距；p为像元尺寸。

（2）摄像机焦距和镜头F数采用厂家设备说明书相关参数。

（3）摄像机MRTD和NETD由中电11所的红外整机测试系统测试得出。该系统主要由准直系统、黑体及靶标、采集控制系统、二维转台等组成（见图2），可完成短波、中波、长波热像仪的测试需求，其工作原理见图3。其中准直系统由1个离轴抛物面镜及1个平面镜组成，反射镜均采用硬金属镀膜来保证对可见光至远红外光的高传输率，黑体与靶标放置在准直系统的焦面处，涂覆高辐射率涂层保证可见光至远红外光的传输率，并且能够准确模拟具有一定温差的均匀无限远目标。被测热像仪放置在准直仪的平行光路中，通过目视监视器或采集处理热像仪的输出信号可获得热像仪MRTD、NETD、视场等各项主客观参数。

图2 红外整机测试系统基本组成

图3 红外整机测试系统工作原理示意图

中电11所利用Optikos公司I-SITE型红外整机测试系统进行测试（见图4），其基本参数为：平行光管焦距为2 998 mm，平行光管口径为300 mm，黑体温度精度为±0.01 ℃，转台精度为±20"。

图4 I-SITE型红外整机测试系统

2.2 室外测试

2.2.1 测试时间

2017年8月15日14：30—22：50，其中，14：30—19：30进行白天测试，20：50—22：50进行夜间测试。

2.2.2 测试方法

室外测试对各厂家设备的主要功能和性能测试验证方法如下：

（1）强光恢复能力：在工作状态下，太阳直射热成像镜头后停止照射，一段时间后图像应能恢复正常。

（2）触发联动：当侦测区域各个方位进入活动目标时，验证设备触发联动功能。

（3）漏报警率：统计单位时段的漏报警差值比率σ=1-C/N，N为单位时间内防区实际入侵次数，C为单位时间内系统识别报警次数。

（4）接口标准：依据厂家设备说明书。

（5）区域测试和目标监测距离测试：根据摄像机焦距和能见度等，确定距离L值，然后测试不同摄像机在不同距离L处的检测能力。在画面视野中确定虚拟防区边界，移动测试目标（人）按照行进方向和徘徊方向由防区外进入防区内，同时进行录像和特写图像抓拍（见图5）。

图5 目标监测距离测试

3 室内测试结果

室内测试结果及测试设备参数见表1。根据各厂家摄像机的MRTD和NETD值以及工程应用分析，各设备成像质量均达到工程应用能够接受的最基本标准。

4 室外测试结果

4.1 室外目标监测距离标准

联盟测试大纲对不同设备焦距列出目标监测距离标准（见表2），不低于此测试标准的热成像摄像机能满足铁路区间线路视频监控设备的要求[3-5]。被测设备根据焦距，按不同距离分别进行白天和夜间测试，通过分析录像和抓拍图像检测目标的识别与报警。白天测试项目和夜间测试项目分别见表3、表4。

表1 室内测试结果及测试设备参数

表2 目标监测距离测试标准

表3 白天测试项目

表4 夜间测试项目

4.2 测试结果分析

被测图像分为可发现和可报警，白天和夜间不同测试距离的测试结果见图6—图13。

图6 白天300 m测试

图7 白天400 m测试

图8 白天500 m测试

图9 白天1 000 m测试

图10 夜间300 m测试

图11 夜间400 m测试

图12 夜间500、600、700 m测试

图13 夜间1 500 m测试

5 结束语

在测试（观测）环境比较严酷的条件下对不同厂家热成像摄像机进行测试，测试结果达到了工程应用能够接受的最基本标准。各厂家设备在白天、夜间均达到测试大纲要求。白天即使在能见度比较低、照度也比较低（傍晚测试）的情况下，热成像摄像机也能取得良好的监视效果。联盟将根据工程需要继续开展异物分析、计算误报率和复杂环境下的目标识别等项目测试。

[1]铁总建设〔2016〕18号 关于发布设计时速200 km及以上铁路区间线路视频监控设置有关补充标准的通知[S].

[2]韩凛，于燕青. 热成像技术在铁路监控中的应用[J].中国铁路，2014(5)：112-114.

[3]TB 10006—2005 铁路运输通信设计规范[S].

[4]铁总建设〔2007〕39号 铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定[S].

[5]GB 50348—2004 安全防范工程技术规范[S].

Test of Thermal Imaging Cameras Used in HSR Video Surveillance

WU Yunpeng1，2，QIN Yong2，XIE Zhengyu2，CUI Shengqing3
（1. Transportation School，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. Key National Laboratory of Rail Transit Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；3. Ji’nan Communication Depot，China Railway Ji’nan Group Co Ltd，Ji’nan Shandong 250000，China）

This paper looks at indoor and outdoor tests of thermal imaging cameras used in high-speed railway video surveillance, including test environment, equipment parameters, and test plan and results. In meeting the requirements of high-speed railway video surveillance, the study tests and verifies the target recognition and alarm capabilities of speci fi ed equipment in daytime and during the night.

video surveillance；thermal imaging camera；performance test；MRTD；NETD；target recognition；alarm capability

U298

A

1001-683X（2017）12-0088-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.088

吴云鹏（1987—），男，博士研究生。E-mail：18611349019@139.com

秦勇（1971—），男，教授。E-mail：yqin@bjtu.edu.cn

责任编辑 卢敏

2017-11-03