www.kievs.at.ua

Дистанцию обнаружения цели в тепловидении принято также называть радиусом действия прибора. Правильное определение радиуса требует весьма сложного моделирующего расчета. Среди факторов, которые необходимо учесть в ходе вычислений, -- тип камеры и объектива, характер и размеры объектов, которые, возможно, предстоит обнаруживать, погодные условия, а также, собственно, и разрешение, которого вам достаточно, чтобы "разглядеть" цель.

Тепловизионная камера PTZ-35x140MS компании FLIR Systems, работающая на двух неохлаждаемых микроболометрах и предназначенная для ведения наблюдения на средних и дальних дистанциях

"Разглядеть"- для того чтобы определить, что для вас означает "разглядеть" объект, можно воспользоваться так называемыми критериями Джонсона, разработанными для использования в военных целях, но вполне применимыми и на гражданских объектах.

1. ОБНАРУЖЕНИЕ

Чтобы определить факт наличия объекта в поле зрения, минимальное из его измерений должно быть представлено на операторском экране полутора или более пикселами.

2. РАСПОЗНАВАНИЕ

Распознать объект -- значит, классифицировать его по типу. То есть оператор должен мгновенно определить по изображению, попал ли в кадр человек, автомобиль или животное. Считается достаточным, чтобы критический размер объекта составлял 6 и более пикселов.

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Этот термин нередко используется военными, чтобы определить, принадлежит ли объект противнику или "нашим". Чтобы идентифицировать цель, ее критический размер должен быть представлен 12-ю и более пикселами.

Эти критерии обеспечивают 50-процентную вероятность того, что оператор примет верное решение, исходя из картинки на экране. Приведем пример: взрослый человек имеет габариты 1,8х0,5 м. "Критический размер" его, согласно эмпирическим данным, полученным с помощью опроса операторов охранных систем, составляет 0,75 м. Представьте себе тепловизионную систему, которая имеет достаточное разрешение, чтобы представить удаленный на 1 км объект протяженностью 0,75 метра шестью пикселами. Если при этом изображение объекта в достаточной степени контрастирует с фоном, то такая система имеет высокую вероятность распознавания объектов на расстояниях до 1 км.

Критерии Джонсона применяются исходя из допущения, что критический размер человеческого тела составляет 0,75 метра. Чтобы осуществлять обнаружение, распознавание и идентификацию, необходимо представить этот размер соответственно полутора, шестью и 12-ю пикселами. Это означает, что: 1,5 пикс/0,75 м = 2 пиксела на метр, 6 пикс/0,75 м = 8 пикселов на метр, 12 пикс/0,75 м = 16 пикселов на метр. Предположим, что габариты человеческого тела составляют 1,8х0,5 м. Тогда его фигура должна отображаться на экране:

При обнаружении = 3,6х1 пикс. Вы можете разглядеть, что "там кто-то есть" При распознавании = 14,4х4 пикс. Изображение дает понять, что речь идет о человеке При идентификации = 28,8х8 пикс. Внимание, тревога! У него в руках винтовка!

В практике компании FLIR Systems принято определять радиус действия тепловизионных камер через расстояние, на котором прибор обнаруживает человека при достаточной термической контрастности. В зависимости от размеров объектива, камеры FLIR способны обнаруживать активность людей, находящихся на расстоянии до нескольких километров. Естественно, объекты бОльших размеров могут быть обнаружены на бОльших дистанциях.

Фокусное расстояние объектива

Радиус действия камеры находится в прямой зависимости от этого параметра. Фокусное расстояние определяет так называемый мгновенный сектор обзора (IFoV) системы -- ее угловое разрешение, обеспечиваемое при достаточном тепловом контрасте. А этот параметр, в свою очередь, определяет расстояние, на котором критический размер объекта будет представлен достаточным количеством пикселов, чтобы можно было обнаружить, распознать либо идентифицировать цель.Чем выше фокусное расстояние, тем меньше угловое разрешение. Охранные системы дальнего радиуса действия -- например, находящиеся на вооружении погранвойск -- требуют весьма малых значений IFoV. Длиннофокусные объективы, как это известно из оптики, имеют и меньший общий угол обзора. Компромисс между радиусом действия и зоной обзора достаточно критичен при выборе системы. В предельном случае вы будете четко видеть цель, но не иметь понятия о том, где именно она находится: представьте, что вы разглядываете морской пейзаж через соломинку для коктейля! В результате приходится укомплектовывать многие из тепловизионных систем объективами с переменным фокусным расстоянием.Вернемся к уже знакомому нам примеру -- человеку, находящемуся от нас на расстоянии километра. Определим его угловой размер через критический размер и дистанцию: 0,75 м/1000 м = 0,75 мрад. Для его эффективной идентификации необходимо, чтобы система "выдавала" изображение 75-сантиметрового отрезка, находящегося в 1000 м, в 12-ти пикселах. Обратите внимание, что в приведенном контексте идентификация не означает, что мы сможем узнать человека в лицо. Мы всего лишь сможем определить, что он держит в рукеДопустим, у нашей с вами тепловизионной системы фокусное расстояние объектива составляет 500 мм, а шаг термочувствительной матрицы -- 15 микрон. То есть угловое разрешение составит 30 мкрад на пиксел. Количество пикселов, приходящееся на цель, подсчитывается делением ее углового размера на угловое разрешение. 750 мкрад / 30 мкрад/пиксел = 25 пикселов -- более чем достаточно для идентификации по критерию Джонсона.

Неохлаждаемая матрица 320х240 тепловизора Foveus (PTZ-35x140MS), шаг 38 мкм, объектив с фокусным расстоянием 140 мм. Количество пикселов, располагающихся по высоте человеческой фигуры.

Охлаждаемые и неохлаждаемые камеры

Это также влияет на радиус действия -- более дорогостоящие охлаждаемые тепловизоры в большинстве комбинаций условий наблюдения "видят" дальше. Типичный шаг матрицы для охлаждаемых камер составляет 15 микрон на пиксел. Несложные вычисления показывают, что с применением объектива с фокусным расстоянием 500 мм мы получим 12 пикселов поперек 75-сантиметровой цели на расстоянии 2,1 км.

Рассчитаем тот же параметр для неохлаждаемой камеры, исходя из наиболее распространенного шага матрицы -- 38 мкм. Дистанция идентификации, соответствующая приведенному примеру, здесь составит уже 0,8 км. Однако еще более важным является то, что объективы неохлаждаемых камер с таким фокусным расстоянием практически бесполезны -- относительное отверстие объектива приходится делать весьма малым, чтобы обеспечить характеристики чувствительности, сопоставимые с охлаждаемыми камерами. Это означает, что 500-миллиметровый длиннофокусный объектив с относительным отверстием F/1.6 будет иметь диаметр в 313 м. При существующих ценах на тепловизионную оптику такой объектив обойдется вам в почти астрономическую сумму. Применение его "съест" все средства, что вы сэкономите за счет использования более дешевых неохлаждаемых матриц. Максимальное фокусное расстояние объективов неохлаждаемых камер, выпускаемых промышленностью, составляет 367 мм -- значит, в нашем примере радиус идентификации системы составит всего лишь 600 метров.

Вывод? Для достижения максимальных радиусов действия тепловизионных установок целесообразнее применять охлаждаемые камеры -- в частности, это подтверждается при работе в средневолновом диапазоне при большой влажности воздуха.

Тепловизоры Thermovision 3000 способны обнаруживать потенциальные угрозы на сверхдальних дистанциях

Несмотря на то, что тепловизионные камеры способны работать в полной темноте, а также в условиях относительно легкого тумана, дождя и снега, на дальность обнаружения целей влияют и атмосферные условия. Даже в ясную погоду происходит поглощение теплового излучения атмосферой -- следовательно, при удалении объекта от камеры возрастают и потери полезного сигнала. Дождь и туман делают весьма интенсивным рассеяние лучей -- во многих случаях плотный туман способен снизить радиус действия тепловизоров до километра и менее.Более густые осадки с бОльшими размерами частиц не только рассеивают тепловое излучение, улавливаемое камерами, но и охлаждают поверхность самого объекта съемки, снижая при этом термическую контрастность. Однако даже при работе в самых жестких условиях тепловизионные системы "пропорционально" сохраняют преимущество перед видеонаблюдением в лучах видимого света.

За последние три года наблюдаются рекордные темпы роста продаж тепловизионного оборудования и готовых систем -- до ста процентов в год. Немало тому способствуют уникальные свойства этих продуктов, позволяющие применять их не только в целях охраны, но и для раннего обнаружения производственных опасностей -- например, утечки теплоносителей, перегрева электропроводки и т.п. А в росте популярности тепловизоров бюджетного класса сыграли свою роль минимизация и снижение уровня цен. Появились даже ОЕМ тепловизоры!Один из немногих факторов, несколько омрачающих картину победного шествия тепловизоров по областям применения и территориям, специалисты считают досадным недоразумением. В России тендеры на оснащение госструктур средствами охраны принято проводить по сумме начальных затрат на приобретение, инсталляцию и в лучшем случае -- на ввод в действие оборудования. А тепловизоры выигрывают на длинной дистанции -- за счет снижения общей стоимости владения. Работая в паре с обычным охранным видеонаблюдением, эти устройства окупают себя в основном за счет снижения рисков. Однако расчет рисков в экономических категориях -- это для большинства госзаказчиков пока еще "китайская грамота".

 Известно лишь, что используемые на сухопутных и морских границах системы несколько разнятся по характеру применяемого тепловизионного "железа" -- на водных границах используются в основном охлаждаемые тепловизоры благодаря их большей дальности действия. С сухопутными рубежами -- чуть сложнее. Оптимизация схем охраны с применением тепловизоров, по имеющимся у нас данным, пока еще слабо отработана, поскольку применение техники должно рассматриваться вкупе с оперативными схемами несения служб, принятия решений, реагирования и т.п. Технически возможно реализовать практически любую конфигурацию с применением стационарных, мобильных и портативных тепловизоров. Намного сложнее решить вопрос об обработке данных наблюдения и эффективном сочетании тепловизоров с прочими средствами охраны: на каждом конкретном объекте это приходится делать в индивидуальном порядке.

В нефтяной отрасли тепловизионные установки получили значительное распространение благодаря эффективности сочетания в них производственных и охранных качеств. На нефтеперерабатывающих заводах традиционным применением тепловизоров, помимо охраны, стал контроль уровня налива цистерн. Большинство решений охранных систем для железнодорожного транспорта, в том числе и отечественных, учитывает необходимость применения тепловизионного контроля: это наиболее экономически оправданный способ предотвратить утечку нефтепродуктов в процессе перевозки -- его использует около половины предприятий отрасли. Аналогично борются и с кражами: в пустой согласно документам цистерне может несанкционированно вывозиться топливо. При этом мониторинг осуществляеттвидеонаналитика  (номера единиц подвижного состава распознаются автоматически), а сгенерированные программой сигналы тревоги поступают на пульт охраны. Благодаря контролю налива цистерн облегчаются и процедуры учета транспортируемых продуктов.

Тепловизоры "Титан" контролируют уровень налива цистерн: такая система окупается после первой же предотвращенной попытки кражи

Экономическая эффективность любой охранной системы рассчитывается путем оценки предотвращенных потерь. Объяснить это можно на простом примере: перед заполнением нефтепродуктами танкер должен выполнить промывку баков. Эта довольно дорогостоящая процедура производится в порту, однако, ей есть незаконная и беспринципная альтернатива -- сброс содержимого баков в воду. Стоимость очистки акватории после подобного сброса, равно как и штрафы за такое правонарушение, -- во много раз больше стоимости промывки наливных емкостей. Обнаружить и доказать инцидент такого рода непросто, однако,тепловизоры и днем, и ночью очень хорошо фиксируют масляные следы на водной поверхности. Тепловизионная система, несмотря на свою немалую стоимость, окупается после первого же выявленного случая сброса нефтепродуктов с судна в воду. Подобным образом оправдываются и системы контроля заполнения цистерн: стоимость одной цистерны бензина, кража которой была предотвращена, превышает цену описанного выше решения.

Сообщается и о применении тепловизионных установок на ряде крупных атомных электростанций. Традиционная закрытость этой индустрии и ее подконтрольность международным надзорным органам позволяют предположить, что мировой опыт решений, касающихся охраны и безопасности, здесь распространяется несколько быстрее, чем в прочих секторах. К категории критически важных объектов инфраструктуры, в охране которых доказало свою целесообразность применение тепловидения, относятся и гидроэлектростанции.

Испытания установок в Сургуте прошли успешно. Решение об установке "Титанов" принято, а по поводу более дорогостоящих и мощных систем Foveus (FLIR Systems) заказчик всерьез задумался: предложенная инженерами компании "Пергам" схема установки тепловизоров позволяет всего лишь тремя устройствами надежно "накрыть" всю территорию.

Аэропорты одними из первых испытали прессинг террористической угрозы -- и успешные инсталляции тепловизионных систем, осуществленные в ряде крупнейших мировых аэропортов, впечатлили и отечественных заказчиков. В апреле-мае этого года в аэропорту Сургута "полной победой тепловизоров" завершились испытания сразу нескольких охранных приборов. На испытаниях присутствовали представители ряда крупных сибирских аэропортов -- включая Новосибирск и Екатеринбург. Задания и условия тестов были весьма непростыми, однако все сомнения потенциальных заказчиков были развеяны.

Тепловизоры FLIR Systems сторожат туринский аэропорт

Туринский аэропорт SAGAT, расположенный вблизи военного объекта, имеет протяженность периметра более 9 километров. В любое время суток и в любую погоду необходимо гарантировать отсутствие на территории посторонних лиц. Для тепловизоров эта задача -- вполне ординарная. Пять комбинированных устройств Sentry II производства компании FLIR Systems подключены к сети охранного видеонаблюдения аэропорта SAGAT. Интегрированные в камеры поворотные устройства имеют возможность совместной работы с тревожными датчиками -- например, с датчиками периметра -- и находятся в постоянной готовности круглосуточно, охраняя не только территорию объекта, но и подступы к ней. Система Sentry II состоит из тепловизионной камеры на неохлаждаемой матрице, встроенного поворотного устройства и камеры, работающей в диапазоне видимого света. Тепловизионная камера имеет одновременно две зоны обзора. Широкая зона, охватывающая угол в 20°, используется для общего обзора территории. Узкая зона охватывает всего 5° -- это позволяет операторам системы оперативно приблизить тепловизионную "картинку", чтобы идентифицировать потенциальные угрозы либо отменить тревогу при ложном срабатывании. Каким бы туманом ни оказался окутан Турин, тепловизор сможет пробиться сквозь него. Поворотное устройство позиционируется со скоростью 0....120° в секунду -- то есть среднее время перехода в новую позицию, как правило, занимает менее одной секунды. Есть возможность программируемого автоматического сканирования, параметры которого -- скорость, время фиксации, зона обзора и факт включения телевизионной камеры -- устанавливаются пользователем и сохраняются в памяти установки. Тепловизоры в системе CCTV Одна из камер Sentry II, обслуживающих Туринский аэропорт Приборы Sentry II без проблем интегрировались в существующую охранную сеть аэропорта. Разработанная компанией-инсталлятором Gruppo IPL программная платформа обеспечивает централизованное управление системой, запись и архивирование материалов видеонаблюдения. Поскольку в устройствах Sentry II реализована полноценная поддержка сетевого протокола TCP/IP, с любой рабочей станции охранной сети, на которой установлено клиентское ПО, возможен не только просмотр изображений в реальном времени, но и управление поворотным устройством, выбор средств мониторинга (тепловизора либо обычной камеры CCTV), включение и выключение автофокусировки объектива, управление увеличением и т.д. Девятикилометровый периметр охраняется следующими техническими средствами: 12 стандартных камер видеонаблюдения, 5 комбинированных устройств Sentry II, отдельные видеосерверы для каждой из камер. Также в инсталляции задействованы: более 21 км оптоволокна, 16 стомегабитных оптических роутеров и 4 гигабитных, 24 интеллектуальных подсистемы ввода-вывода, 18 блоков бесперебойного питания и 15 шкафов-стоек с контролируемой температурой оборудования. Во имя безопасности пассажиров Главный управляющий туринским аэропортом Марко Морриале так оценил вновь инсталлированную систему: "Обратиться к возможностям тепловизионных технологий нас побудил тот факт, что с применением поворотных устройств и тепловизионных камер мы сможем вести круглосуточное наблюдение малым количеством единиц оборудования. А результаты запуска Sentry II в тестовом режиме превзошли все наши ожидания. Интеграцию новых камер осуществила компания Gruppo IPL, силами специалистов которой установлена бОльшая часть работающей в аэропорту SAGAT охранной системы. Сегодня пять тепловизионных камер осуществляют круглосуточное наблюдение за территорией объекта, позволяя нам "разглядеть" такие подробности и события, обнаружение которых до ввода в строй нового оборудования было просто невозможным. Для нас в высшей степени важна безопасность авиапассажиров, и потому мы и впредь будем совершенствовать наши охранные системы по мере появления новых угроз. Даже несмотря на более высокую стоимость тепловизоров по сравнению с обычными охранными камерами, приборы Sentry оправдывают себя более высокими характеристиками, а также тем, что каждый из них способен контролировать столь обширную зону обзора".

Помимо критически важных объектов инфраструктуры, под защиту тепловизоров "просятся" и памятники архитектуры. Один из недавних примеров -- инсталляция в заповеднике деревянного зодчества "Кижи". На знаменитом острове в районе Кижского погоста московской компанией "Пергам-Инжиниринг" был установлен оригинальный тепловизор "Титан-36", разработанный инженерами компании. Во время испытаний прибор был подключен к действующей системе видеонаблюдения -- в результате, помимо "обычных" преимуществ тепловизионного мониторинга, было отмечено и резкое снижение частоты ложных тревог. Уже рассматривается вопрос о приобретении сразу нескольких таких устройств: имеющие высочайшую историческую ценность сооружения должны надежно охраняться. Вдвойне это касается деревянных зданий -- ведь одна из особенностей тепловизоров состоит в том, что они позволяют предупреждать возгорание, "диагностируя" опасное повышение температуры, в то время как все остальные технические средства охраны способны сигнализировать о тревоге только тогда, когда на объекте уже возник пожар.

За Кижи можно не беспокоиться: тепловизор "Титан-36" вовремя "засечет" злоумышленника, обнаружит очаг пожара, даст отбой по ложной тревоге.

Несколько лет назад разгневанный фильмом "Страсти Христовы" американец по имени Зак Синклер принялся мстить Мелу Гибсону за создание этого противоречивого киношедевра. Присылал актеру-режиссеру письма с угрозами, доставал во время посещения церкви, а в конце концов проник и в особняк Гибсона в калифорнийском Малибу. Для Зака это обернулось психиатрической клиникой усиленного режима, а для суперзвезды -- приобретением системы раннего обнаружения непрошеных гостей на базе тринадцати тепловизионных камер SR-9 производства компании FLIR. SR-9 -- доступная по цене стационарная тепловизионная камера от компании FLIR Systems с матрицей 320х240 пикселов. Легко интегрируется в системы охранного телевидения. Вандало- погодоустойчивый корпус.

Рост благосостояния отдельных слоев населения нашей страны позволяет выделить как перспективный сектор тепловизионного рынка то, что на английском языке называется словом "luxury". Типичный пример подзащитного -- элитный яхт-клуб. С точки зрения охраны такой объект неимоверно сложен -- кроме территории с эллингами и коттеджами, в него входит еще и акватория с весьма дорогостоящими яхтами. Для злоумышленников, однако, привлекательность объектов роскоши остается неизменно высокой: хозяева навещают свои владения не так уж часто, а освещенность объектов не всегда поддерживается настолько высокой, чтобы обеспечить эффективное применение обычных камер видеонаблюдения. Беря на контроль такие объекты, охранные компании немало рискуют и потому нередко "перезакладываются" на дополнительные группы патрулирования, операторов, добавочное освещение и т.д. Тепловизионные системы в таких условиях -- действенная альтернатива, свободная от "человеческого фактора".

В схемах охраны частных владений все чаще используются миниатюрные тепловизоры с углом обзора 180 градусов, которые в одной из наиболее распространенных схем работают во взаимодействии с длиннофокусными тепловизионными камерами и обычным CCTV. При появлении в зоне обзора широкоугольного тепловизора объекта, который можно классифицировать как угрозу, срабатывает видеоаналитика, и на цель одним и тем же поворотным устройством наводится пара камер -- длиннофокусная тепло- плюс высокочувствительная теле- с вариообъективом.

Кроме этого, когда речь заходит об охране недвижимости -- коттеджных поселков или многоквартирных домов верхнего ценового сегмента, -- у тепловизоров появляется еще два далеко не очевидных на первый взгляд преимущества. Чтобы быть уверенным в том, что оператор не будет рассматривать особенности фигуры молодой жены хозяина дорогого особняка, в системах видеонаблюдения приходится определять так называемые "зоны приватности" -- области поля зрения камеры, закрываемые накладываемой программным образом маской. Тепловизоры же не "видят" сквозь стекло. Однако, если хулиган разобьет окно камнем, маска на картинке от телекамеры скроет и это -- но на экране тепловизора изображение оконного проема моментально изменится.

Во-вторых,тепловизоры практически не различают человеческие лица, за исключением случая, когда съемка ведется с очень близкого расстояния. Для решения задач по охране периметра или по контролю над территорией определение личности будет в большинстве случаев избыточным; наоборот, оперирование "личностями" во многих случаях может быть неэтичным. Возможно, проблема соблюдения этики невмешательства в частную жизнь своих клиентов еще довольно нова для российских инсталляторов, но надуманной она не является -- это продемонстрировал зарубежный (в частности, британский) опыт эксплуатации охранных систем. Не стоит думать, что в культурном контексте нашей страны подобные вещи не возникают -- наоборот, в том ценовом сегменте, где применяются тепловизоры, требуется максимальное соответствие правовому полю. Грань между обеспечением безопасности и вторжением в частную жизнь очень тонка, и можно сказать, что граница возможностей тепловизоров проходит как раз по ней.

Крупнейший порт Кале, выходящий на Ла-Манш...

Основное назначение порта Кале обусловлено его местоположением -- здесь, через пролив Ла-Манш, пролегает морская транспортная артерия, соединяющая Соединенное Королевство с материковой Европой. Отсюда к берегам Британии курсируют паромы и всевозможные грузовые суда, велика нагрузка и на пассажирский терминал, пропускная способность которого превышает десять миллионов пассажиров в год.

Порт Кале. Одна из установленных здесь камер SR-50. Тепловизионное изображение участка территории. Хорошо различим силуэт автомобиля и фигура человека -- при этом съемка производилась в полной темноте и на расстоянии свыше 400 метров.

Для осуществления видеоконтроля портовой территории в светлое время суток здесь была развернута cистема насчитывающая более четырех десятков камер. Однако ночью и даже при небольшом тумане изображение становилось плохо различимым. И возникла необходимость в другой технике -- той, которая дала бы возможность не зависеть от условий освещения и погоды."Господин Брис Керринкс из компании Alpha Photonics -- одного из французских дистрибьюторов продукции компании FLIR Systems -- объяснил мне, что тепловизионные камеры сегодня уже не столь дороги, как это было в прошлом. Особенно модели на неохлаждаемых микроболометрах, имеющие к тому же достаточно большой радиус действия, -- продолжает Куре. -- Одной из задач, которые мы поставили перед поставщиками техники, было четкое отображение головы и плеч человека, находящегося в воде на расстоянии чуть более 400 метров. Камера модели SR-50 от FLIR Systems с легкостью прошла этот тест.И мы установили две таких камеры на стандартных поворотных устройствах. А чтобы мы могли получить полноценный круговой обзор территории, поворотные механизмы были закреплены на столбах."

Что у нас в цистернах? Содержимое -- под жестким контролем тепловизоров "Титан"

Здесь мы приводим пример активно внедряемого в нефтяной отрасли интегрированного решения контроля уровня заполнения железнодорожных цистерн.

В основе метода лежит фиксация местоположения поверхности жидкости. Для этого производится съемка наружной поверхности цистерн, которая осуществляется при помощи термографической системы "Титан-36". В зависимости от того, что находится за стенкой цистерны -- нефтепродукт или воздух -- температура поверхности различна. Улавливая эту разницу, система практически безошибочно определяет уровень налива, "привязывает" его к идентификационному номеру цистерны и заносит данные измерения в компьютерную базу.Основные возможности тепловизионного комплекса дистанционного контроля налива нефтепродуктов в цистерны:

• контроль уровня налива жидкости тепловизором;
• контроль технического состояния цистерн видеокамерой;
• видеорегистрация событий в зоне измерений;
• передача данных в центр управления системой.