CC BY
40
D01:10.12845/bitp.36.4.2014.11
prof. dr hab. inz. Mieczyslaw SZUSTAKOWSKI1
pplk dr inz. Marek ZYCZKOWSKI12
mgr inz. Mateusz KAROL1
dr inz. Mariusz KASTEK1
pplk dr inz. Rafa! DULSKI1
mjr dr inz. Jaroslaw BARELA1
mgr inz. Piotr MARKOWSKI1
dr inz. Marcin KOWALSKI1
Przyj^ty/Accepted/Принята: 29.08.2013; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 18.07.2014; Opublikowany/Published/Опубликована: 31.12.2014;
DALEKOZASI^GOWA KAMERA DO MONITOROWANIA OBIEKTÖW INFRASTRUKTURY KRYTYCZNEJ TESTY ZASI^GOWE3'4
Range Capability Testing of Long Range Surveillance Cameras Used for Protection of Key Installations
Камера с большой дальностью видеонаблюдения для мониторинга объектов критической инфраструктуры. Исследования дальности
Abstrakt
Cel badan: Glöwnym celem badan bylo wyznaczenie i zweryfikowanie efektywnego zasi^gu dzialania systemu kamerowego LongView 2 zaröwno w warunkach laboratoryjnych, jak i rzeczywistych. W szczegölnosci dla badanego zestawu kamerowego okreslenie odleglosci, na ktörej mozliwa jest identyfikacja, rozpoznanie i detekcja obserwowanego celu.
Wprowadzenie: Kamery wizyjne, niskiego poziomu oswietlenia oraz przeciwmgielne majq röznq zdolnosc do rejestrowania informacji zewn^trznych, polqczenie ich cech moze znacznie poprawic zdolnosc wykrywania intruzöw, sytuacji awaryjnych lub zagrazajqcych bezpieczenstwu monitorowanego obiektu. Specjalnie zaprojektowany, na potrzeby nadzoru, wielosensorowy uklad detekcyjny kamery tego typu pozwala na obserwaj celöw na duzym dystansie oraz ich sledzenie za pomocq systemu uchylno-obrotowego z zastosowaniem zoomu optycznego. Dzi^ki zastosowaniu ukladu wielosensorowego mozliwe jest obserwowanie i sledzenie celu w trudnych warunkach na duzych odleglosciach, dodatkowo wszystkie elementy systemu zintegrowane s§ w jednej obudowie, oferjc kompaktowosc przedstawionego rozwiqzania. Dzi^ki zwartej budowie oraz zastosowaniu wielosensorowego systemu obserwacji opisywany zestaw kamerowy z powodzeniem moze byc stosowany przez rözne sluzby bezpieczenstwa.
Metodyka badan: Artykul opisuje przeprowadzone badania w celu okreslenia rzeczywistych parametröw na potrzeby ich ustandaryzowania, ze szczegölnym naciskiem na zakres wykrycia, rozpoznania i identyfikacji czlowieka. W artykule przedstawione zostaly wykorzystane urzqdzenia pomiarowe, procedury oraz wyniki. Testy przeprowadzone byly zgodnie z procedura pomiarowq akredytowanego Laboratorium Badawczego Instytutu Optoelektroniki WAT „Pomiary parametröw urzqdzen termowizyjnych". Wykorzystane metody pomiarowe pozwolily na okreslenie parametröw takich jak: minimalna rozröznialna röznica temperatur (MRTD), minimalny rozröznialny kontrast (MRC) oraz funkcja przenoszenia modulacji (MTF). Przeprowadzone badania poligonowe mialy na celu weryfikaj dzialania i uzytecznosci testowanych kamer w rzeczywistych warunkach pracy oraz poröwnanie wartosci parametröw zmierzonych podczas testöw laboratoryjnych z obiektywnq ocenq operatora kamery.
1 Wojskowa Akademia Techniczna im. Jaroslawa Dqbrowskiego; gen. Sylwestra Kaliskiego 2, Warszawa / Military University of Technology, Warsaw, Poland;
2 mzyczkowski@wat.edu.pl;
3 Kazdy ze wspolautorow wniosl rowny wklad merytoryczny w powstanie artykulu (po 12,5%) / The authors contributed equally to the article;
4 Artykul zostal wyrozniony przez Komitet Redakcyjny / The article was recognised by the Editorial Committee;
DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.11
Wyniki: Przeprowadzone badania laboratoryjne i poligonowe pozwolily na okreslenie zasi^gow skutecznego dzialania kamer systemu LongView 2 do zastosowan w systemach ochrony obiektow rozleglych.
Wnioski: Przeprowadzone badania i testy potwierdzily skutecznosc dzialania systemu kamer LongView 2 zarowno przy zastosowaniach do identyfikacji zagrozen, jak i dalekozasi^gowej obserwacji obiektow morskich i lqdowych.
Slowa kluczowe: kamera dalekozasi^gowa, system obserwacyjny, test zasi^gowy, kamera przeciwmgielna Typ artykuJu: oryginalny artykul naukowy
Abstract
Aim: The main purpose of this research was to determine and verify the effective range of Long View 2 camera systems in laboratory and practical conditions. Particularly, the authors endeavoured to determine the distance at which the tested camera could identify, recognize and detect an observed target.
Introduction: Low light vision and fog video cameras have different abilities to record external information. Therefore, the linking of their individual features may significantly improve the ability to detect intruders, emergency incidents or situations which endanger the safety of a target under surveillance. Specially designed for surveillance, multi-sensor detection camera systems facilitate observation at a long distance and tracking of targets with the aid of a pan-tilt mechanism incorporating an optical zoom. All system components are integrated in a single compact housing. The compact design and multi-sensor components allow for the equipment to be used successfully by various security services.
Methodology: This article describes a research process used to determine practical application parameter standards, with a special focus on the range for detection, recognition and identification of humans. The article identifies measuring equipment used, procedures and results. Tests were carried out in accordance with established procedures "Parameter measurements of infrared devices", established by the accredited Testing Laboratory of the Institute of Optoelectronics, Military University of Technology (MUT). The process applied in the research allowed for the determination of parameters such as; the minimum resolvable temperature difference (MRTD), the minimum resolvable contrast (MRC) and the modulation transfer function (MTF). Field tests were performed to verify the capability and usability of cameras in working conditions. Additionally, results obtained during laboratory tests were compared with an objective assessment by the camera operator.
Results: Laboratory research and field tests facilitated the determination of an effective range for the operation of the Long View 2 camera system, intended for use in security systems covering a large expanse.
Conclusions: Conducted research and tests have confirmed the effectiveness of the Long View 2 camera system for use in identification of threats and long-range observation of offshore and onshore targets.
Keywords: long range surveillance camera, observation systems, range test, anti-fog camera Type of article: original scientific article
Аннотация
Цель исследования: Основная цель исследования заключалась в определении и проверке эффективной дальности работы видеокамеры системы LongView 2 как в лабораторных, так и в реальных условиях. В частности определение величины расстояния для исследованного комплекта камер, при которой можно идентифицировать, распознать и обнаружить наблюдаемую цель.
Введение: Видеокамеры для использования в режиме низкого света, а также противотуманные камеры характеризуются разной способностью регистрации внешней информации, а сочетание их функций может значительно улучшить способность обнаруживать злоумышленников или чрезвычайные ситуации, угрожающие безопасности контролируемого объекта. Специально разработанная для мониторинга, многосенсорная детекторная система камеры данного типа позволяет наблюдать цели на большом расстоянии и отслеживать их с помощью исклонно-поворотной системы с оптическим зумом. Благодаря применению многосенсорной системы можно наблюдать и следить за объектом наблюдения в сложных условиях и на больших расстояниях. Кроме того, все элементы системы интегрированы в одном корпусе, тем самым обеспечивая совокупность представленного решения. Благодаря компактной конструкции и применению многосенсорной системы наблюдения, описанный состав видеокамер может быть успешно использован различными службами безопасности. Методология исследований: Статья описывает исследования, проведенные для определения фактических параметров с целью их стандартизации, особенно учитывая расстояние, при котором можно обнаружить, распознать и идентифицировать человека. В статье представлены использованные измерительные приборы, процедуры и результаты. Испытания проводились в соответствии с процедурой измерения аккредитованной испытательной лаборатории Института оптоэлектроники WAT „Измерения параметров тепловизионных устройств". Использованные измерительные методы позволили определить такие параметры, как: минимальная отличимая разница температур (MRTD), минимальный заметный контраст (MRC) и функция передачи модуляции (MTF). Исследования в условиях полигона проводили для проверки действия и использования испытываемых камер в реальных условиях работы, а также сравнения значений параметров, полученных в ходе лабораторных испытаний с объективной оценкой оператора камеры.
Результаты: Проведенные лабораторные и полигонные исследования позволили определить диапазоны эффективного действия камеры LongView 2 для применения в системах защиты обширных объектов.
Выводы: Исследования и испытания подтвердили эффективность действия системы камер LongView 2 как при идентификации угроз, так и при наблюдении морских и сухопутных объектов на большом расстоянии.
Ключевые слова: камера с большой дальностью видеонаблюдения, система наблюдения, исследования дальности,
противотуманная камера
Вид статьи: оригинальная научная статья
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D01:10.12845/bitp.36.4.2014.11
1. Wprowadzenie
Systemy obserwacyjne s^ istotnym elementem sys-temu bezpieczenstwa [1-3]. Znajduj^ si§ na wyposaze-niu sprz^tu wojskowego, policyjnego, strazy granicznej i sluzb ratowniczych. Stanowi^ takze niezb^dny element systemu ochrony obiektow infrastruktury krytycznej. Po-zwalaj^ na prowadzenie w tych obiektach skutecznej ob-serwacji terenu w warunkach nocnych.
Systemy te mog^ bye konfigurowane w roznej postaci. Najcz^sciej same systemy ochrony posiadaj^ kilkanascie lub nawet kilkadziesi^t urz^dzen obserwacyjnych. Ponie-waz koszt zakupu urz^dzen obserwacyjnych jest znaczny, dlatego bardzo istotnym zagadnieniem jest optymalizacja doboru takich elementow. Optymalizacja nie polega jed-nak jedynie na kupowaniu najtanszych elementow wypo-sazenia. Polega ona na takim dobraniu elementow sklado-wych systemu, aby ich zastosowanie spelnialo wymaga-nia aplikacyjne z uwzgl^dnieniem szeroko rozumianego zagadnienia ograniczenia kosztow. Zagadnienie to nie jest proste, bo wiarygodne porownanie parametrow urz^dzen obserwacyjnych nie jest latwe. Producenci urz^dzen obserwacyjnych podaj^ w danych katalogowych rozne para-metry wyznaczane roznymi metodami.
W ramach prowadzonych prac w zespole Instytutu Optoelektroniki WAT, w celu wlasciwej ochrony obiektow infrastruktury krytycznej t.j. porty lotnicze, mor-skie, jak rowniez ruroci^gi, wskazano uzycie daleko-zasi^gowych kamer multispektralnych. Jako priorytet, w projektowanych systemach, wskazano prawidlow^ de-tekj obiektu oraz jego wizualizaj w roznych warunkach (noc-dzien, mgla, slonce, deszcz). Jednym z urz^-dzen umozliwiaj^cych poprawn^ wizualizaj (rozpozna-nie i identyfikaj obiektu) jest wyprodukowana przez fir-m§ VIT kamera typu LongView 2. Jest to system sklada-j^cy si§ z czterech kamer: dziennej kamery szerokok^tnej, dziennej kamery w^skok^tnej, kamery niskiego poziomu oswietlenia, kamery przeznaczonej do pracy przy duzym zamgleniu. W celu poznania jej cech optoelektronicz-nych, wlasciwych do proponowanych zastosowan, na sta-nowiskach pomiarowych IOE WAT wykonano szereg te-stow. Niniejszy artykul prezentuje wybrane z nich.
Wszystkie pomiary parametrow wykonano wedlug wlasnych procedur pomiarowych opracowanych na pod-stawie obowi^zuj^cych norm [4-7], raportow technicz-nych NATO [8] oraz fachowej literatury dotycz^cej po-miarow parametrow urz^dzen obserwacyjnych. Roz-szerzon^ niepewnose pomiaru parametrow wyznaczono na podstawie obowi^zuj^cych zalecen wydanych przez Glowny Urz^d Miar [9]. Pomiary zostaly przeprowadzo-ne przez trzech obserwatorow bez wad wzroku. Konco-we wyniki badan przedstawiono w postaci wartosci sred-niej otrzymanej dla wszystkich obserwatorow bior^cych udzial w badaniach.
wizyjnych jest procedure opracowan^ na podstawie nor-my NATO STANAG no. 4349. Charakterystyka ta (os rz^dnych [K ,°C], os odci^tych [linii/mrad, mrad"1]) jest definiowana jako zaleznosc minimalnej róznicy tempera-tury pasków testu czteropaskowego i temperatury tla, za-pewniaj^cej obserwatorowi rozróznienie mi^dzy wszyst-kimi paskami testów a cz^stosci^ przestrzenn^ testu.
Obserwator moze w trakcie badan optymalizowac wartosci wzmocnienia toru elektronicznego, jaskrawosc ekranu oraz inne mechanizmy regulacji w ramach ograni-czen istniej^cych w realnych warunkach pracy, a czas ob-serwacji nie jest ograniczony.
Badania przeprowadza si§ najpierw dla dodatniej, a nast^pnie ujemnej róznicy temperatury pasków testu wzgl^dem temperatury tla. Okresla si§ róznice temperatur, przy których obserwator zaczyna rozrózniac wszystkie paski testu. Koncowe wartosci MRTD otrzymane dla pojedynczego obserwatora wyznacza si§ wedlug wzoru
MRTD(y):
AT+(r)-AT_(r)
(1)
gdzie: AT+(y) - wartosci MRTD wyznaczone dla dodatniej róznicy temperatury pasków testu i temperatury tla dotycz^ce momentów, kiedy obserwator zaczyna rozrózniac paski testu, AT_(y) - wartosci MRTD wyznaczone dla ujemnej róznicy temperatury pasków testu i temperatury tla dotycz^ce momentów, kiedy obserwator zaczyna rozrózniac paski testu.
2.2. Metodyka pomiaru MRC
Charakterystyka minimalnego rozróznialnego kon-trastu MRC (os rz^dnych [kontrast], os odci^tych [linii/ mrad, mrad-1]) jest definiowana jako zaleznosc minimalnego rozróznialnego kontrastu testu USAF 1951[10], za-pewniaj^ca odróznienie wszystkich pasków testów przez obserwatora od cz^stosci przestrzennej testu.
2=iiii:i]
0.8 _
0.6 .
ал .
0.2 .
3 = 111 .,..111-3
"'"(Я11''
4 = 111
sein 1 6=in lu — i
OA 0.6 0,8
cz^stosc przestrzenna Ryc. 1. Przykladowa charakterystyka MRC oraz test trojpaskowy USAF 1951 Fig. 1. Sample MRC characteristic and USAF 1951 test ZrodJo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
[1/imad]
2. Metodyka
2.1. Metodyka pomiaru MRTD
Procedura wyznaczenia charakterystyki minimalnej rozróznialnej róznicy temperatur MRTD urz^dzen termo-
Rozdzielczosc jest definiowana jako maksymalna cz§-stosc przestrzenna wzorcowego testu paskowego, przy której paski testu s^ jeszcze rozróznialne przez obserwa-tora.
DQI:10.12845/bitp.36.4.2014.11
Standardowy test trojpaskowy USAF 1951 charakte-ryzuje si§ stosunkiem wysokosci do szerokosci paskow 5:1 (ryc. 1). Odleglosci mi^dzy poszczegolnymi paska-mi testow se rowne szerokosci testow. Obserwator moze w trakcie pomiaru charakterystyki MRC regulowac nat§-zenie oswietlenia testu w celu uzyskania optymalnej dla niego wartosci nat^zenia.
Badania rozdzielczosci urzedzenia obserwacyjne-go polegaje na okresleniu grupy i elementu grupy testu USAF 1951 o maksymalnej cz^stosci przestrzennej, przy ktorej wszystkie trzy paski testu se rozroznialne. Wartosci nat^zenia oswietlenia nie se mierzone w trakcie po-miarow.
2.3. Metodyka pomiaru MTF
Funkcja przenoszenia modulacji MTF (modulation transfer function) opisuje znieksztalcenia obrazu wnoszo-ne przez urzedzenie termowizyjne. Jest ona definiowana jako modul z unormowanej do jednosci, dla zerowej cz§-stosci przestrzennej, transformaty Fouriera z rozkladu lu-minancji w obrazie punktowego zrodla promieniowania.
Funkcja MTF zawiera informaj o zaleznosci stosun-ku amplitudy obrazu testu o sinusoidalnym rozkladzie eg-zytancji do amplitudy oryginalu w funkcji cz^stosci przestrzennej testu. Funkcja MTF jest w ogolnym przypadku funkcja dwuwymiarowe. Jednakze w przypadku urzedzen termowizyjnych zwykle wyznacza si§ dwie jednowymia-rowe funkcje MTF: pionowe (przekroj pionowy) i pozio-me (przekroj poziomy). Pomiar funkcji MTF jest obiek-tywny, latwy do zautomatyzowania i nie wymaga duzej ilosci czasu. Dodatkowe zalete funkcji MTF jest mozli-wosc jej wyznaczenia zarowno dla poszczegolnych blo-kow, jak i dla calego urzedzenia. Ta ostatnia cecha jest szczegolnie uzyteczna na etapie projektowania nowych urzedzen obserwacyjnych.
W praktyce zgodnie z literature [4,5,11] do pomiaru funkcji MTF urzedzen optycznych i optoelektronicznych wykorzystywane se nast^pujece metody pomiaru: metoda fali sinusoidalnej, metoda fali prostoketnej, metoda we-skiej szczeliny, metoda przekoszonej weskiej szczeliny, metoda ostrza.
Najcz^sciej stosowane metody pomiaru funkcji MTF kamer termowizyjnych jest metoda ostrza. Istnieje kilka jej modyfikacji, ale wszystkie one opieraje si§ na tej sa-mej idei. Pomiar polega na wyznaczeniu funkcji rozmy-cia ostrza ESF i na jej podstawie wyliczeniu funkcji MTF.
Funkcja rozmycia ostrza opisuje zaleznosc rozkladu sygnalu obrazu testu ostrzowego od polozenia w plaszczyznie detekcyjnej. Test ostrzowy powinien byc umiesz-czony w taki sposob, aby jego obraz byl rownolegly do rz^dow lub kolumn detektorow w matrycy.
Sposob wyznaczenia MTF na podstawie funkcji rozmycia ostrza przebiega w trzech etapach. W etapie pierw-szym dokonywana jest akwizycja obrazu z testem ostrzo-wym, na podstawie ktorej wyznaczymy MTF oraz zosta-je wyznaczona srednia wartosc funkcji rozmycia ostrza ESF. W etapie drugim zostaje wyznaczona funkcja rozmycia linii LSF. Srednie wartosc funkcji rozmycia linii wyznaczamy z zaleznosci:
ISFjy).^-
dv
(2)
gdzie: ESFave(y) jest srednie wartoscie funkcji rozmycia ostrza.
Rozniczkowanie powoduje wzrost szumow (tzw. szu-my wirtualne), zatem przed te operacje zmierzone funkcja rozmycia ostrza aproksymuje si§ funkcje matematyczne, ktora jest rozniczkowalna i z dostateczne dokladnoscie odwzorowuje przebieg funkcji rozmycia ostrza. Dobre dokladnosc odwzorowania zapewnia suma trzech funkcji Fermiego:
F(x) = D + ±-
x-bi +i
exp
L ct \
(3)
gdzie: D, a,, b ,, c . se wartosciami stalymi, obliczonymi na podstawie srednich wartosci sygnalow przed i za ostrzem.
Funkcja MTF wyznaczamy na podstawie wyznaczo-nej funkcji LSF z zaleznosci:
MSFave(v) = F\LSF{v\
(4)
Akwizycja danych podczas pomiaru MTF nalezy przeprowadzic w kierunku prostopadlym do obrazu testu. Pomiary te nalezy wykonywac dla roznych polozen obrazu testu w plaszczyznie detekcyjnej. Odleglosc pomi^dzy punktami pomiarowymi jest tu rozumiana jako przesuni^-cie obrazu testu ostrzowego. Minimalny zakres tej zmia-ny powinien byc rowny odleglosci mi^dzy punktami pomiarowymi, a skok przemieszczenia obrazu testu nie powinien byc wi^kszy niz jedna dziesieta odleglosci pomi§-dzy punktami pomiarowymi.
3. Stanowisko pomiarowe
Pomiary parametrow urzedzen obserwacyjnych zosta-ly wykonane na systemie pomiarowym MST firmy CI-Systems. Stanowisko pomiarowe sklada si§ z: kolima-tora podczerwieni, wzorca promieniowania podczerwieni i widzialnego, sterownika wzorcow promieniowania, ob-rotowej tarczy z zestawem testow, tarczy z zestawem fil-trow, komputera wraz z karte pomiarowe wideo i specja-listycznym oprogramowaniem (ryc. 2).
Stanowisko pomiarowe powinno zapewnic pomijal-ny wplyw na wyniki pomiaru nast^pujecych czynnikow: skonczonych wymiarow testu, atmosfery, promieniowania otoczenia, niejednorodnosci rozkladu temperatury na powierzchni testu i tla, znieksztalcen geometrycznych i radiometrycznych kolimatora podczerwieni.
Tarcza wraz z zestawem testow jest umieszczona w plaszczyznie ogniskowej kolimatora podczerwieni. Za testami znajduje si§ wzorzec promieniowania. W efekcie,
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
D01:10.12845/bitp.36.4.2014.11
a)
b)
Ryc. 2. Schemat stanowiska do pomiaru parametrow systemow obserwacyjnych (a), zdj^cie stanowiska do pomiaru parametrow systemow obserwacyjnych (b) Fig. 2. Observation systems measurements station a) scheme and b) photo Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
w plaszczyznie ogniskowej kolimatora, powstaje zalozo-ny rozklad promieniowania podczerwieni lub widzialne-go. Regulacja parametrow wzorca promieniowania umoz-liwia zmian§ rozkladu promieniowania.
Zadaniem kolimatora jest zapewnienie wymagane-go rozkladu promieniowania w tzw. „nieskonczonosci optycznej", czyli w bardzo dalekiej odleglosci wzgli-dem badanego urzedzenia. Wymog ten wynika z faktu, ze urzedzenia obserwacyjne przystosowane se do obserwacji tylko obiektow dalekich. Umieszczenie testow w malej odleglosci od urzedzenia obserwacyjnego spowoduje, ze nie b^dzie ono w stanie wlasciwie odwzorowac rozkladu promieniowania w plaszczyznie testu. Uzyskane w taki sposob wyniki b?de niewiarygodne. Dokladnosc umiesz-czenia testow w plaszczyznie ogniskowej kolimatora nie wplywa na wynik pomiaru [12-15], poniewaz kazde urze-dzenie pomiarowe posiada mozliwosc skorygowania gl§-bi ostrosci widzenia.
Zrodlo promieniowania wraz z zestawem testow po-winno zapewnic uzyskanie wymaganego rozkladu promieniowania z dokladnoscie niewplywajece na wynik pomiaru. Szczegolnie duze wymagania postawione se przed zrodlami promieniowania podczerwonego. Musze one charakteryzowac sii bardzo duze jednorodnoscie rozkla-du promieniowania, dokladnoscie stabilizacji temperatu-ry oraz emisyjnoscie.
Wykorzystywane testy do pomiarow urzedzen termo-wizyjnych se wykonywane z metali o wysokiej przewod-nosci cieplnej. Jedna strona testu jest pokrywana powloke o duzym wspolczynniku odbicia, (aby zapobiec absorpcji promieniowania otoczenia i wyeliminowac wplyw pro-mieniowania otoczenia na temperature testow), natomiast druga jest pokrywana powloke o bardzo wysokiej emi-syjnosci powyzej 0,96, tak aby test mogl byc traktowany jako cialo czarne. Testy transmisyjne stosowane do pomiaru parametrow urzedzen VIS powinny zapewnic dokladnosc rozkladu promieniowania lepsze niz 1%.
4. Badania laboratoryjne
System obserwacyjny LongView 2 sklada sii z czte-rech kamer obserwacyjnych praojcych w zakresie promieniowania widzialnego. Kolorowa kamera dzienna umozliwia obserwacji obiektow dobrze oswietlonych (>0,1 lx) z rozdzielczosci^ 520 linii TV. Kamera nocna (LLTV) umozliwia obserwacji obiektow przy oswietle-niu 0,00003 luksow (bez koniecznosci stosowania oswie-tlaczy IR), w trybie czarno-bialym z rozdzielczosci^ 570 linii. Kamera przeciwmgielna (Anty-FOG) umozliwia obserwacji obiektow widzianych poprzez: mgli, dym, mzawki, deszcz oraz snieg, w trybie czarno-bialym z roz-dzielczosci^ 570 linii. Zastosowano w niej 15-dB-ow^ korekti kontrastu w czasie rzeczywistym, znacznie po-prawiaj^c^ jakosc obrazu (korekcja kontrastu w czasie rzeczywistym jest o wiele efektywniejsza niz stosowa-nie filtrow korekcyjnych). Dodatkowo zastosowano sze-rokok^tn^ kameri wspomagaj^c^ nakierowywanie zesta-wu kamerowego na cel. System obserwacyjny wyposa-zony jest w dwa wewnitrzne, elektrycznie przel^czane, obiektywy stosowane do kamery dziennej, Anty-Fog oraz LLTV. Obiektyw pierwszy charakteryzuje sii ogniskow^ 400 mm i srednic^ 25 mm oraz powiikszeniem optycz-nym zmienianym w granicach od 6 do 25 razy. Obiektyw drugi charakteryzuje sii ogniskow^ 1050 mm i sredni-c^ 115 mm oraz powiikszeniem optycznym zmienianym w granicach od 25 do 100 razy.
Dodatkowo w warunkach laboratoryjnych wyznaczo-ne zostaly k^ty widzenia kamer z zastosowaniem obiek-tywu 1050 mm pozwalaj^ce na okreslenie wertykalnego (VFOV) i horyzontalnego (HFOV) pola widzenia kamer przy maksymalnym przyblizeniu optycznym.
a)
DÜI:10.12845/bitp.36.4.2014.11
a)
b)
b)
Czçstotlhvo& pr«strz«nna ImradJ Spatial frequcncy[mradj
c)
c)
Ryc. 3. Pomiary charakterystyki MTF a) kamera VIS,
b) kamera LLTV, c) kamera FOG Fig. 3. MTF parameters of LongView2 a)VIS camera, b) LLTV camera, c) FOG camera ZrodJo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 4. Pomiary charakterystyki MRC a) kamera VIS,
b) kamera LLTV, c) kamera FOG Fig. 4. MRC parameters of LongView 2 a)VIS camera, b) LLTV camera, c) FOG camera ZrödJo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
Tabela 1.
Pomiar k^ta widzenia
Table 1.
Camera field of view
W warunkach laboratoryjnych przebadano system do obserwacji dziennej LongView 2 skladajecy si§ z czterech kamer: dziennej kamery szerokoketnej, dziennej kamery weskoketnej, kamery niskiego poziomu oswietlenia, kamery przeznaczonej do pracy przy duzym zamgleniu. Za-si^gi wyznaczono na podstawie zmodyfikowanego kryte-rium Johnsona. Pomiary charakterystyki MRC wykona-ne zostaly zgodnie z normami NATO, tzn. przez trzech doswiadczonych obserwatorów bez wad wzroku zgodnie z procedure pomiarowe akredytowanego Laboratorium Badawczego Instytutu Optoelektroniki WAT „Pomiary parametrów urzedzen termowizyjnych". Pomiary prze-prowadzono przy optymalnym poziomie oswietlenia. Za-si^gi kamer wyznaczono dla dobrych warunków pogodo-wych opisanych zgodnie z nast^pujecymi zalozeniami:
• Cel: czlowiek (wymiary 1,8 m x 0,5 m),
• Wspólczynnik ekstynkcji atmosfery: 0,2 km-1,
• Temperatura otoczenia: 288 K,
• Kontrast celu wzgl^dem otoczenia: 20%,
• Poziom oswietlenia testu: 30 lx.
Usrednione wyniki laboratoryjnie wyznaczonych za-si^gów poszczególnych kamer systemu LongView 2 przedstawiono w tabeli 2. Zasi^gi te przyjmowane se jako maksymalne i ulegaje pogorszeniu wraz z pogarszaniem si§ warunków atmosferycznych panujecych podczas ob-serwacji.
Tabela 2.
Zasi^gi kamer systemu LongView 2
Table 2.
Ranges of cameras in LongView 2 system
D01:10.12845/bitp.36.4.2014.11
zasi^gami w warunkach operacyjnych. Ponadto badania poligonowe pozwolily na okreslenie przydatnosci syste-mu do detekcji, zobrazowania i oszacowania zagrozenia wynikajecego z obecnosci jednostek plywajecych znaj-dujecych si§ w poblizu portów. Testy zostaly przeprowa-dzone w miejscowosci Rewa na obszarze Zatoki Gdan-skiej. W chwili testów widocznosc wynosila ok. 40 km, wiatr 2 w skali Beauforta, testy przeprowadzane byly ca-lodobowo w celu sprawdzenia dzialania kamer w róznych warunkach oswietleniowych. Na ryc. 5a pokazano usy-tuowanie kamery oraz stanowiska pomiarowego podczas testów, a na ryc. 5b naniesione zostaly wyznaczone laboratoryjnie zasi^gi wykrycia, rozpoznania oraz identyfika-cji obiektów.
у
a)
VIS LLTV Anty-FOG
Wykrycie/ Detection 10000 m 10000 m 10000 m
Rozpoznanie/ Recognition 7600 m 7700 m 7750 m
Identyfikacja/ Identification 3S00 m 3900 m 4000 m
Parametr VIS LLTV Anty-FOG
HFOV 1,22°±0,08° 1,22°±0,09° 1,20°±0,1°
VFOV 1,4G°±G,G7° 1,39°±0,08° 1,40°±0,09°
ZródJo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ZródJo: Opracowanie wlasne.
Source: Own elaboration.
5. Badania poligonowe
Przeprowadzone testy polowe mialy na celu spraw-dzenie sprawnosci i uzytecznosci dalekozasi^gowego systemu monitorowania LongView 2 do zastosowania w systemach ochrony nabrzeza i portów morskich. Glów-nym celem testów bylo sprawdzenie dzialania poszcze-gólnych kamer w warunkach rzeczywistych, porównanie zasi^gów wyznaczonych laboratoryjnie z rzeczywistymi
b)
Ryc. 5. a) Schemat polozenia i zobrazowania urzedzen demonstratora na testach poligonowych b) zasi^gi kamery dalekozasi^gowej demonstratora technologii na testach poligonowych Fig. 5. a) A scheme of camera location and measurement position during field tests, b) objects detection, recognition and identification ranges designated in field tests Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
DQI:10.12845/bitp.36.4.2014.11
Tabela 3.
Obrazy uzyskane za pomoc^ kamery Longview 2 o roznych porach dnia i roznych odleglosciach kutra od kamery
Table 3.
Different cameras objects visualization during field tests field test results
Lokalizacja/Localization
Zobrazowanie/Image
Warunki/Conditions
/////
Kamera: VIS - LongView 2 Pora dnia: Dzien, 14.00
Odleglosc: 1 km Jednostka: A
Camera: VIS - LongView 2
Time of day: Day, 14.00 Distance: 1 km Object: A
Kamera: LLTV - LongView 2 Zoom x25
Pora dnia: Wieczör, 19.40
Odleglosc: 4 km Jednostka: B
Camera: LLTV - LongView 2 Zoom x25
Time of day: Evening, 19.40 Distance: 4 km Object: B
Kamera: LLTV - LongView 2 Zoom x25
Pora dnia: Noc, 23.40 Odleglosc: 1 km Jednostka: A
Camera: LLTV - LongView 2 Zoom x25
Time of day: Night, 23.40
Distance: 1 km Object: A
Kamera: LLTV - LongView 2 Zoom x100
Pora dnia: Noc, 23.40
Odleglosc: 1 km Jednostka: A
Camera: LLTV - LongView 2 Zoom x100
Time of day: Night, 23.40
Distance: 1 km Object: A
Zrödlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Testy wykowywane byly z nabrzeza (wysokosc ok. 4 m n.p.m.). Jako obiekty testowe zostaly wykorzystane jednostki plywaj^ce wraz z zalog^. Parametry jednostek wykorzystanych do testow to: jednostka A o dlugosci ok. 12 m i masie ok. 8 ton oraz jednostka B o dlugosci ok. 22 m i wadze 20 ton. Jednostki testowe znajdowaly siç w odleglosciach od 500 do 7000 m od stanowiska pomiarowe-go, a zaloga symulowala osoby stwarzaj^ce zagrozenie. Tabela 3 prezentuje obrazy uzyskane za pomoc^ systemu
LongView 2 o roznych porach dnia i na roznych odleglosciach jednostek testowych od kamery. Kolumna pierw-sza pokazuje lokalizacjç zobrazowanego obiektu, kolumna druga zarejestrowany obraz, a kolumna trzecia opisuje typ kamery, czas rejestracji zdjçcia oraz odleglosc pomiç-dzy obiektem a kamery. Przeprowadzone zobrazowania wyzwalane byly przez naprowadzenie zespolu kamero-wego sygnalem detekcyjnym z radaru mikrofalowego dla zasiçgu do 2 km oraz rçcznego naprowadzania na odle-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ
glosciach 2 do 7 km. Testy poligonowe jednoznacznie po-twierdzily poprawnosc zobrazowania obiektow srednich na teoretycznie zapewnianych przez producenta i wyznaczonych laboratoryjnie zasiçgach. W trakcie testow po-rownano laboratoryjnie wyznaczone zasiçgi wykrycia, rozpoznania i identyfikacji kamer systemu LongView 2 w warunkach rzeczywistych. Przy dobrych warunkach pogodowych parametry te byly nieznacznie nizsze, lecz zasiçgi byly porownywalne z oczekiwanymi po testach laboratoryjnych i wynosily odpowiednio: 3500 m rozpo-znanie, 7000 m rozpoznanie, oraz ok. 10000 m wykry-cie celu. Roznice mogly wynikac z wilgotnosci powietrza podczas testow, ktora w bardzo duzym stopniu wplywa na zasiçgi kamer systemu LongView 2. Jedn^ z ciekawszych zaobserwowanych funkcjonalnosci, wymaganych w systemach ochrony, jest mozliwosc dokladnego zobrazowania przez kamerç szczegolow na statku, w tym zalogi i ewentualnego uzbrojenia w strefie podejscia do brzegu. Ponadto zaobserwowano, iz w pogorszonych warunkach oswietlenia i przy pojawieniu siç mgly system kamerowy spelnia swoje zadania - wizualizuje obiekty na odleglo-sciach rzçdu kilku kilometrow.
6. Podsumowanie
• Przeprowadzone testy laboratoryjne pozwolily na wy-znaczenie teoretycznych zasiçgow wykrywania, identyfikacji oraz rozpoznania czlowieka przez operatora systemu LongView 2.
• Testy poligonowe zweryfikowaly te dane oraz pozwo-lily stwierdzic, ze mozliwe jest stosowanie kamery w dalekozasiçgowych systemach obserwacyjnych.
• Kamera daje mozliwosc wykrycia broni na zalodze zblizaj^cych siç jednostek.
7. Wnioski
W ramach prowadzonych prac opracowano i wykona-no szereg testow pomiarowych laboratoryjnych oraz po-ligonowych systemu obserwacyjnego LongView 2. Badania laboratoryjne wykazaly, ze za pomoc^ zestawu kamer system ten pozwala rozpoznac czlowieka z odleglo-sci 7,6 km. Identyfikacja przedmiotow (w szczegolnosci broni) posiadanych przez niego jest mozliwa z odleglosci 3,8 km. Zasiçg detekcji celu ograniczony jest czulosci^ kamery i wynosi ok. 10 km. Przeprowadzone testy poli-gonowe potwierdzily wyznaczone w laboratoriach zasiç-gi wykrywania, identyfikacji i rozpoznania celow za po-moce systemu LongView 2 przy dobrych warunkach at-mosferycznych. Przeprowadzone testy pokazaly mozli-wosci, jakie daje wykorzystanie tej kamery w ochronie zarowno rozleglych obiektow morskich, jak i l^dowych oraz mozliwosci wykrycia obiektow zagrazaj^cych bez-pieczenstwu.
Literatura
1. Dulski R., Milewski S., Kastek M., Trzaskawka P., Szusta-kowski M., Ciurapinski W., Zyczkowski M., Detection of small surface vessels in near, medium and far infrared spectral bands, Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications VIII, Prague, Czech Republic, 2011.
2. Kastek M., Dulski R., Zyczkowski M., Szustakowski M., Trzaskawka P., Ciurapinski W., Grelowska G., Gloza I.,
D01:10.12845/bitp.36.4.2014.11
Milewski S., Listewnik K., Multisensor system for the protection of critical infrastructure of a seaport, Unattended Ground, Sea, and Air Sensor Technologies and Applications XIV, Baltimore, Maryland, USA 2012.
3. Szustakowski M., Ciurapinski W., Zyczkowski M., Palka N., Kastek M., Dulski R., Bieszczad G., Sosnowski T., Mul-tispectral system for perimeter protection of stationary and moving objects, Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications VI, 74810D, 2011.
4. ISO 15529:1999, Optics and optical instruments: Optical Transfer Function; Measurement of modulation transfer function (MTF) of sampled system, 1999.
5. ISO 9335:1995, Optics and optical instruments: Optical Transfer Function; Principles and procedures of measurement, 1995.
6. NATO STANAG no. 4349, Measurement of the minimum resolvable temperature difference (MRTD) of thermal cameras, 1995.
7. NATO STANAG no. 4351, Measurement of the minimum resolvable contrast (MRC) of image intensifier systems.
8. North Atlantic Treaty Organization, Experimental Assessment Parameters and Procedures for Characterization of Advanced Thermal Imagers, 2003.
9. Wyrazanie niepewnosci pomiaru. Przewodnik, Glowny Urzqd Miar, 1999.
10. Resolving Power Target, MIL-STD-150A, Section 5.1.1.7.
11. Glenn D. Boreman, Modulation Transfer Function in Optical and Electro-optical Systems, SPIE Press, 2001.
12. Holst G.C., Testing and Evaluation of infrared Imaging Systems, JCD Publishing Company, 1998.
13. Vollmerhausen R.H., Driggers R.G., Analysis of Sampled Imaging Systems, SPIE Press, 2000.
14. Vollmerhausen R.H., Reago D.A. Jr., Driggers R.G., Analysis and Evaluation of Sampled imaging Systems, SPIE Press, 2010.
15. Ratches J.D., Static Performance Model for Thermal Imaging Systems, "Optical Engineering" Vol. 15 Issue 6, 1976.
prof. dr hab. inz. Mieczyslaw Szustakowski - kierow-nik zespolu systemow bezpieczenstwa i analizy zagrozen w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Tech-nicznej.
pplk dr inz. Marek Zyczkowski - adiunkt w zakladzie systemow optoelektronicznych Instytutu Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
mgr inz. Mateusz Karol - doktorant w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
dr inz. Mariusz Kastek - adiunkt w zakladzie techniki podczerwieni i termowizji Instytutu Optoelektroniki Woj-skowej Akademii Technicznej.
pplk dr inz. Rafal Dulski - adiunkt w zakladzie techniki podczerwieni i termowizji Instytutu Optoelektroniki Woj-skowej Akademii Technicznej.
mjr dr inz. Jaroslaw Barela - adiunkt w zakladzie techniki podczerwieni i termowizji Instytutu Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
mgr inz. Piotr Markowski - doktorant w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
dr inz. Marcin Kowalski - pracownik naukowy w Insty-tucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej.
