Тепловизоры: когда ночное зрение бесценно

1. Охранные системы: интеграция подсистем как гарантия эффективной работы

Абсолютной гарантии безопасности того или иного объекта не может дать ни одна охранная система, несмотря на то, что степень совершенства современных технических средств несоизмеримо выше в сравнении с аналогами двадцати- или даже десятилетней давности. Речь идет о диапазоне уровня эффективности, максимум которого достижим лишь с применением комплексных инженерно-технических решений.

Инсталлируемые на особо важных объектах системы охраны и контроля доступа представляют собой интегрированные решения с использованием таких подсистем, как радиолокационные станции, видеонаблюдение, охранная и пожарная сигнализация, СКД и т.д. Только так, с помощью целого комплекса оборудования достигается эффективный контроль над периметром режимного объекта и подступами к нему, а также снижается роль человеческого фактора, сопряженная с непредсказуемостью действий, игнорированием тревожной ситуации и т.д.

От «сухих контактов» ─ к радарной оптике

Современные способы системной интеграции могут находить самые разные технические решения. Так, при интеграции систем звукового оповещения  и видеонаблюдения (или, к примеру, пожарной сигнализации) может быть использована группа «сухих контактов» на терминальном контроллере. Система программируется таким образом, что каждая пара контактов отвечает за ту или иную команду, и при замыкании определенной пары  матрица видеокамеры выполняет именно её, например ─ вывод «картинки» на нужный монитор. Этот же принцип работает и на примере пожарной сигнализацией – каждый из контактов на контроллере отвечает за свою зону оповещения, что обеспечивает нужную адресацию звукового сигнала.

Интеграция позволяет свести к минимуму количество ложных срабатываний системы. Так, видеокамера сможет определить точное место пересечения периметра даже при срабатывании сразу нескольких датчиков ─ маневре, который используют некоторые нарушители, заранее готовясь к проникновению на охраняемую территорию. В свою очередь, интеграция видеокамеры с тепловизором решает более сложную задачу ─ обнаружение нарушителя не с помощью отражаемого света, а благодаря теплоизлучению, возможное в условиях абсолютной темноты, задымления, дождя или в зеленой кроне деревьев. Наконец, обнаружение потенциального нарушителя на самых дальних подступах к периметру (с радиусом в несколько километров) обеспечат интегрированные в систему радиолокаторы. Всё это позволит принять необходимые меры раннего реагирования.

Интегрированная система как приоритетная задача

Использование перечисленных элементов в едином комплексе ─ императив для современных проектировщиков, работающих с особо важными объектами ─ морскими и воздушными портами, объектами инфраструктуры РЖД, правительственными и критически важными объектами сферы ТЭК: ГЭС, АЭС и т.д. В качестве пилотного проекта построение интегрированной системы на РЖД осуществляется на Октябрьской железной дороге. Проекты реализуются в морских портах Владивостока, Мурманска, Ростова-на-Дону, Новороссийска и других городов. О том, насколько уязвимы устаревшие системы охраны на отдельных объектах, свидетельствует случай на Баксанской ГЭС: террористическая диверсия, произошедшая в 2010 году, унесла 2 человеческих жизни и нанесла ГЭС ущерб на 800 млн рублей. Очевидно, что в случае с более масштабным объектом страшные цифры могут быть совершенно иными.

Предотвращение и обнаружение: зафиксировано в Законе

Необходимость кардинальных изменений нашла свое логическое оформление в Федеральном законе РФ N 256 «О безопасности объектов топливно-энергетического комплекса» от 21 июля 2011 г. В статье 9 в задачу системы физической защиты входят «предотвращение несанкционированного проникновения на охраняемые объекты» ТЭК и «обнаружение и пресечение любых посягательств на целостность и безопасность охраняемых объектов». Предотвращение и обнаружение ─ ключевые слова, определяющие сам уровень охраны ─ максимальный, что называется, «по умолчанию». И важнейшую роль в его обеспечении играет, безусловно, тепловизионная техника во всей многообразной классификации тепловизоров.

2. Оборудование, не имеющее альтернативы

Уникальность тепловизора, как уже было отмечено, ─ в его способности воспринимать тепловые электромагнитные волны, которые гораздо длиннее световых. Это в корне отличает устройство от приборов ночного видения, работающих с отраженным светом. Благодаря уникальному свойству регистрация инфракрасного излучения может осуществляться как при дневном или искусственном свете, так и в условиях абсолютной темноты, что делает ИК-камеры незаменимыми приборами для круглосуточного сканирования периметра в любое время года и главное ─ для обнаружения объекта. 

Существует обширная классификация тепловизоров. Дорогие тепловизоры с охлаждаемыми матрицами работают в коротковолновом диапазоне с высокой частотой ИК-излучения (0.8-5.0мкм), обеспечивая на значительных расстояниях (15-20 км) максимальную четкость изображения сканируемого объекта. Специфика эксплуатации и обслуживания, высокая цена приборов с охлаждаемыми фотонными матрицами ─ основная причина того, что все более очевидную альтернативу им составляют более экономичные ИК-камеры с неохлаждаемыми микроболометрическими матрицами (7-14 мкм) и светосильными германиевыми объективами. Высокая дальность обнаружения достигается благодаря укомплектованию приборов матрицами с разрешением 640х480 и значительным фокусным расстоянием. Именно дорогой германий используется для изготовления объективов, поскольку стекло не пропускает инфракрасные лучи. Препятствиями для последних являются также пары воды, озон и особенно углекислый газ. Тем не менее, отличные возможности обнаружения приборы демонстрируют в условиях небольшого тумана или пылевого облака.

Тепловидение + видеонаблюдение = идеальный детектор и наблюдатель

Суммируя «плюсы» и «минусы» тепловизионных приборов и видеокамер, мы увидим, насколько оптимальным с точки зрения функциональности представляется их сочетание. Итак, в числе преимуществ инфракрасных камер:

─ способность «видеть» объект в условиях полного отсутствия света,

─ неподверженность световым помехам,

─ высокая дальность обнаружения,

─ способность регистрировать излучения в условиях задымления или неплотного тумана.

Вместе с тем, тепловизоры дают не объемное, а лишь контурное, достаточно специфичное изображение, не обеспечивая подробной детализации объекта. В свою очередь, видеокамеры демонстрируют гораздо более высокое качество изображения и позволяют подробно различать элементы фона, а также линию горизонта. Однако они не в состоянии «видеть» в полной темноте, а также сквозь дым, пыль, туман или снегопад, распознавать нарушителя в маскировке; им мешают посторонние источники света, а использование ИК подсветки демаскирует сами приборы.

Очевидно, что только в единой конфигурации тепловизионный и оптический каналы способны выдавать максимально информативный визуальный ряд. Например ─ в составе мультиканальной оптико-электронной системы, которая обеспечивает передачу тепловизионной картинки с наложением на нее видеоизображения: в итоге мы имеем четкое, объемное изображение объектов с различимыми контурами, полученное в условиях сумерек или абсолютной темноты на расстоянии нескольких километров. Благодаря современным программным продуктам наложение и трансляция на пульт оператора или, например, дисплей наводчика в танке, осуществляются в режиме реального времени, что позволяет своевременно предпринять все необходимые шаги реагирования.    

Тепловизоры и видеоаналитика: помощь в принятии верного решения

Роль видеоаналитики в работе систем охраны и контроля сложно переоценить. Какой бы совершенной ни была система, человеческий фактор игнорировать невозможно: объем и интенсивность нагрузки, безусловно, влияют на качество работы и человеческой реакции, и снизить их путем внедрения интеллектуальной системы – важнейшая задача. Первичный анализ ситуации системой позволит выбрать правильный алгоритм реагирования.

Важнейший этап в работе видеоаналитики ─ выделение полезного сигнала с использованием фильтров,  например, рекурсивного (с анализом локальных изменений яркости и фиксацией превышения порога яркости в зонах интереса) и трансверсального (с дифференциацией значений и устранением «шумовой» компоненты сигнала). В качестве аналитического устройства может выступать как программный продукт, так и модуль с микропроцессорной обработкой сигнала, и вне зависимости от типа видеоаналитики ее эффективность определяется двумя параметрами, это:

─ уровень вероятности обнаружения,

─ частота ложных срабатываний.

Факторами, в той или иной степени влияющими на качество процесса и результата, являются конструктивные особенности ИК-камеры и настройки чувствительности, общее техническое состояние тепловизора и особенности его монтажа и расположения, специфика цели (классификация по числу целевых объектов, характеру движения и т.д.), наконец, присутствие других элементов комплексной системы безопасности (например, сейсмодатчиков).

Чрезвычайно высокие требования в соответствии с перечисленными параметрами предъявляются к аналитике в системах охраны особо важных объектов с использованием тепловизоров.

Так, по нормам МВД, степень вероятности обнаружения на особо важных объектах должна быть не менее 99,5%.

Количество ложных срабатываний на объектах авиационных сооружений не должно превышать 1 раза за 2 недели на 1 км периметра.

Наиболее совершенной системой обнаружения с использованием аналитики и с учётом полной классификации тепловизоров считаются тепловизионные системы обнаружения стартов баллистических ракет: в них задействованы спутниковые тепловизоры с охлаждаемыми матрицами, способными детектировать тепловое электромагнитное излучение на расстоянии 40 тысяч километров. Система основана на сложнейших алгоритмах фиксации и отбора находящихся в движении объектов.

Задачи, решаемые с использованием тепловидения и видеоаналитики

В ряду основных задач по обнаружению и слежению можно выделить следующие:

  • ─ детектирование и классификация целей на максимально дальних расстояниях в состоянии движения на различной скорости;
  • ─ детектирование целей различной, в т.ч. минимальной степени контрастности (для современных систем допускается не менее 95% вероятности обнаружения и только единичное ложное срабатывание за 4 дня);
  • ─ срабатывание системы в тревожном режиме в автоматическом порядке при несанкционированном изменении поля зрения камеры.

Универсальная задача видеоаналитики в сочетании с тепловизионными камерами в составе комплексных систем безопасности ─ выявление потенциальной угрозы. Современные аналитические модули с мощными микропроцессорами способны производить детектирование в широчайшем спектре возможностей, как то:

─ появление в поле охраняемого периметра посторонних людей, а также автомобилей или вещей;

─ характер и вектор движения, поведение человека, вызывающие подозрение; отклонение от маршрута;

─ пересечение условной границы периметра;

─ кража предметов из зоны обзора,

─ воздействие на камеру, осуществляемое нарушителем (поворот и т.д.). И все это, благодаря конфигурации с тепловизионной техникой, возможно в условиях абсолютной темноты!

Высокий уровень российских разработок по видеоаналитике заслужил адекватную оценку зарубежных профессионалов: по итогам испытаний в лаборатории британского МВД отечественная аналитика для видеосерверов получила коэффициент вероятности обнаружения 0,9956, подтверждаемый сертификатом i-LIDS. Документ ставит оборудование на один уровень с лучшими мировыми аналогами, задействованными в охране особо важных объектов.

Новые объекты охраны – пример из практики

Между тем, в число последних входят не только порты, правительственные здания или ГЭС. Сегодня тепловизоры берут под свою охрану и солнечные электростанции: в той же Британии три таких объекта получили комплексную, трехъярусную систему охраны каждый.

Причина столь серьезного отношения к станциям ─ изрядная удаленность от инфраструктуры,  требующая абсолютных гарантий безопасности. И британцы обеспечили эти гарантии на все сто процентов: если на первом, внешнем  уровне периметра (ограждение) отсекаются возможности и факторы ложных срабатываний (ветер, животные и т.д.), то на втором микроволновые датчики с максимальной долей вероятности уже подтверждают сознательное несанкционированное пересечение периметра. Тепловизоры, сканирующие все поле обзора и днем, и ночью, обнаруживают потенциального нарушителя еще на подступах к периметру (880 м) ─ таким образом, оператор имеет возможность:

а) предупредить нарушителя через систему звукового оповещения (что на цивилизованном Западе оказывается весьма эффективной мерой),

b) вызвать на объект полицейских или патруль.

Использование ИК-камер имеет здесь три неоценимых преимущества. «Картинка» визуально подтверждает факт наличия нарушителя, что, во-первых, сводит к нулю вероятность ложного срабатывания (допустимую для микроволновых датчиков) и, во-вторых, позволяет обратиться в полицию с наглядными фактами на руках. В-третьих, если проникновение происходит ночью, никакие другие приборы не обеспечат визуального обнаружения и слежения за нарушителем на таких значительных площадях.

Вместо резюме…

Интересно, что являясь одним из лидеров в производстве тепловизоров с нуля под ключ, англичане предпочли технику одного всем известного американского производителя. Лицензионное производство с использованием важнейших элементов тепловизионного оборудования от ведущих мировых брендов сегодня осуществляется и профильными предприятиями в России. Получаемые образцы отнюдь не уступают в качестве своим аналогам из США или Соединенного Королевства. И уже сегодня интеграция этого оборудования с лучшими российскими системами видеоаналитики, другими элементами позволяют создавать непревзойденные по надежности охранные комплексы в морских и воздушных портах страны и на других не менее ответственных объектах.

По материалам secnews.ru, издания «Алгоритм безопасности», ppmspb.ru и других источников, фото: Security News