GA/T 1708-2020《安全防范视频监控红外热成像设备》标准解读

本文介绍了GA/T 1708-2020《安全防范视频监控红外热成像设备》行业标准编制的相关背景,红外热成像技术在安防视频监控中的应用,并对标准的中组成和分类、一般要求、功能要求、性能要求、电源适应性要求、环境适应性要求、电磁兼容性要求、安全性要求和稳定性要求内容中需要着重注意的部分进行了详细阐述。

发布时间:2024年1月31日

本文摘要:

本文介绍了GA/T 1708-2020《安全防范视频监控红外热成像设备》行业标准编制的相关背景,红外热成像技术在安防视频监控中的应用,并对标准的中组成和分类、一般要求、功能要求、性能要求、电源适应性要求、环境适应性要求、电磁兼容性要求、安全性要求和稳定性要求内容中需要着重注意的部分进行了详细阐述。

01 | 引言

根据普朗克定律,凡是温度大于绝对零度(-273℃)的物体都会产生热辐射,自然界中的一切物体的温度都高于绝对零度,总是在不断地向外发射辐射能,热成像系统就是通过收集物体所发射的辐射能,并将其转换为电信号,然后通过后续电子处理电路将该电信号转换成与景物和背景辐射分布相对应的热图像,这种热图像能够重现景物各个部分的辐射特性,热成像系统可以直观的显示其辐射特征,从而把它们区分出来,转变成可见光图像,将人眼的视觉感知范围由传统的可见光扩展到肉眼所不能看见的红外光谱区。

红外热成像系统的主要优点是:红外辐射可以穿透灰尘,能够在夜间和恶劣的气象条件下工作,探测距离较远,大部分属于被动工作方式,不易被察觉和干扰。世界各国已经开发了各种类型的红外热成像系统,并且已经在航空、航天侦查、遥感、夜视、制导、跟踪、天文学、工业故障诊断、医疗成像及光谱学等民用和军事领域获得了广泛的应用。

02 | 国内安全防范视频监控中红外热成像设备典型应用场景

红外热成像设备在观察、识别目标方面有着众多的优势,在国内安全防范视频监控等领域已经发挥了巨大的作用,得到了广泛的应用。

重点部门、建筑物的视频监控应用

由于红外热成像设备是反映物体温度而成像的设备,对人员、高温物体高度敏感,在夜间可以作为重点部门、建筑、仓库、小区出入口监控使用,是可见光视频监控的有效补充手段。

陆上和港口交通安全保障应用

在我国,随着城市交通范围的发展,公路、铁路和水路的延伸,恶劣气象条件下的行车行船安全成为极大的问题,装有红外热成像设备的汽车或船舶可保证在夜间或多雾、多雨的恶劣环境的安全行驶,有效避免在夜间或恶劣环境下的交通事故。

森林、城市防火应用

红外热成像设备具有对温度高度敏感的特点,在森林、城市防火系统中可在视距范围外有效发现肉眼无法识别的以及隐藏的高温热源,与地理信息系统配合可形成高温热源分布情况,便于政府及时处置火情,避免国家、人员重大生命财产损失。

检验检疫体温监控的应用

随着我国经济的迅猛发展,人员流动日益频繁,与之对应的流动人员的检验检疫工作任务十分繁重。红外热成像设备可迅速发现人群中的发热人员,而且具有灵敏度高、非接触等其他测温手段无法比拟的优点,在检验检疫工作中发挥了不可替代的作用,尤其在2020年新冠疫情防控工作中发挥了巨大作用。

03 | GA/T 1708-2020 标准的提出背景

近年来,由于红外热成像设备的核心器件——红外探测器和锗玻璃镜头在国内厂家的不懈努力下,已经成功完成了国产化工作,并且不断提高工艺和产量,器件价格不断走低,使得昔日高高在上的红外热成像设备价格也逐渐亲民,性能和可靠性也不断提高。公共安全行业逐渐用的起、用的住,但在市场上也存在利用信息不对称以次充好、高价低质的情况,迫切需要行业管理部门牵头进行管理。在此背景下,2014年7月,公安部科技信息化局下发《关于下达2014年度公共安全行业标准制修订项目计划的通知》(公科信标准〔2014〕74号),将《安全防范视频监控红外热成像设备》列入2014年度行业标准制修订项目计划,计划编号为第8号,由全国安全防范报警系统标准化技术委员会(SAC/TC100)归口管理。

标准的主要起草单位包括:公安部安全与警用电子产品质量检测中心、公安部第一研究所等。

04 | GA/T 1708-2020标准内容解读

组成和分类

关于安全防范视频监控红外热成像设备(以下简称安防热像仪)的组成,GA/T 1708-2020中表述为“安全防范视频监控红外热成像设备包括主机和配套设备,主机由红外探测器、红外光学部件、电子处理系统、目镜(选配)和外壳组成,配套设备包括但不限于电源组件、控制组件和显示组件。”这个组成是标准编制组征求各生产厂商的意见进行抽象而形成的,从部件上比较全面的阐述了安防热像仪的组成,也说明了安防视频监控红外热成像设备与其他类型的红外热成像设备的区别和特点。

关于安防热像仪的分类,GA/T 1708-2020中表述为“按红外探测器类型划分可分为制冷型和非制冷型;按使用方式分为固定平台式、移动平台式和手持式;按工作环境分为室内型和室外型。”分类的不同会导致安防热像仪功能性能等要求的不同,这在接下来的解读中会进行更加详细的阐述。

一般要求

GA/T 1708-2020标准的一般要求中主要包括设计、外观、结构、外壳防护等级、电气(物理)接口。设计要求中主要规范了红外探测器的相关要求,红外探测器的相关参数需送检厂家提供相关证明,如探测器出厂文件等,供检测机构查阅确认并存档。具体要求如表1所示。

表1红外探测器参数要求

关于外壳防护等级方面,室内型安防热像仪应不低于GB/T 4208-2017中IP50等级的要求;室外型安防热像仪应不低于GB/T 4208-2017中IP66等级的要求。

另外,需提请注意的是,在标准中电气(物理)接口中要求安防热像仪至少应具有一个CVBS输出接口,采用75ΩBNC连接器。这项规定是标准编制组调研生产厂商、检测机构后,根据调研情况进行部分妥协的结果;由于目前国内测试安防热像仪的测试设备在进行NETD、MRTD检测时均采用计算机采集安防热像仪输出图像的方式进行计算得出,当前安防热像仪数字图像输出接口尚不统一,暂时无法用统一标准进行采集并计算NETD和MRTD,故要求安防热像仪必须具有一个CVBS模拟视频输出接口以便计算机采集信号。

功能要求

标准中规定了15个功能要求。包括红外辐射探测、显示模式、图像摄录、图像参数调节、图像缩放、温度测量、温度超限报警、图像非均匀性校正、视频水印、(双)多码流编码、智能分析、报警联动、视音频编码、视音频码流的传输、存储封装格式。

下面重点就显示模式、图像参数调节、图像缩放、温度测量、温度超限报警、图像非均匀性校正功能进行逐个阐述,其余功能较为简单,请查阅标准,不再赘述。

显示模式功能方面,安防热像仪应至少具有白热模式、黑热模式和伪彩色模式三种显示模式;宜可自动或手动调节伪彩色色标。缺少白热模式、黑热模式和伪彩色模式中任意一种显示模式应判定为不合格。

图像参数调节功能方面,安防热像仪应具有手动或自动图像调节功能,调节参数包括但不限于亮度、对比度调节、图像细节增强、自动亮度、自动增益和场景调节模式。标准要求无论手动或自动图像调节,亮度、对比度调节、图像细节增强、自动亮度、自动增益和场景调节都是必备的功能,缺少任意一项功能在检测中应判定为不合格。

图像缩放功能方面,安防热像仪应具有图像缩放功能,且缩放倍数不小于原始图像的整数倍。该功能是安防热像仪的常规功能,即电子放大缩小功能,缩放倍数不小于原始图像的整数倍,是指图像放大只能是2倍、3倍、4倍等整数倍,本标准不接收类似1.5倍、2.5倍或其他非整数倍放大缩小。

温度测量功能方面,具有测温功能的安防热像仪应可实现对目标测温点或测温区域的温度测量,并显示测量温度,宜可设置目标距离、目标辐射出射度、目标所在区域环境温度、湿度等参数。不具备测温功能的安防热像仪不适用于本条内容。

温度超限报警功能方面,具有测温功能的安防热像仪宜具有被测目标或区域温度超限报警功能,当检测到指定目标或区域的温度值超过所设定的阈值时,应给出警示信息。警示信息的形式不做要求,可以是屏幕显示、消息提示等。

图像非均匀性校正功能方面,由于安防热像仪核心器件红外探测器存在运行一段时间会出现暗电流的现象,导致图像质量下降。为恢复图像质量,安防热像仪应通过机械挡板或自适应算法实现图像非均匀性校正。在试验方法中对这两种校正功能是这样进行的,对通过机械挡板实现图像非均匀性校正功能的安防热像仪,关闭自动校正功能,连续工作1h 后,观察图像质量是否存在明显下降,如存在明显下降,发送校正指令,观察图像质量是否恢复正常。对通过自适应算法实现图像非均匀性校正功能的安防热像仪,连续工作1h后,观察图像质量是否存在明显下降。

性能要求

本标准对安防热像仪性能要求方面有11个性能要求,包括视场角、光学变倍倍数、帧率、延时、噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)、最大允许误差、温度测量范围、探测、识别距离、电池连续工作时间、开机时间。安防热像仪与其他行业红外热成像设备相比,有其自身的特点,安防行业注重安防热像仪连续探测、发现的能力,用于目标识别并进行后期的研判和分析,对于高温热源的发现和识别也是安防热像仪的主要应用之一。所以视场角、光学变倍倍数、帧率、噪声等效温差(NETD)、最小可分辨温差(MRTD)、延时、电池连续工作时间、开机时间属于安防热像仪的主要核心性能指标。下面这些性能要求进行详细阐述,其余要求请查阅标准,不再赘述。

视场角方面,安防热像仪应在产品说明书中标明视场角,其实测值与标称值的误差应不超过±5%。这里要求的视场角实际上是对安防热像仪所配的镜头的性能要求,安防行业对安防热像仪所配镜头的要求应符合使用方的要求,试验方法是采用高精度转台获得视场角,具体可查阅标准,不再赘述。

光学变倍倍数方面,具有光学变倍功能的安防热像仪应在产品说明书中标明光学变倍倍数,其实测值与标称值的误差应不超过±5%。这条性能要求是针对变焦安防热像仪的,不适用于定焦安防热像仪,是标准编制组经过调研使用方要求,为了明确安防热像仪满足使用方要求而提出的。试验方法是测试安防热像仪长焦端水平视场角θ1和广角端水平视场角θ2,通过下面公式计算而得。

帧率方面,安防热像仪应在产品说明书中标明图像输出帧率和分辨率。图像输出帧率应不低于25f/s,图像分辨率应不低于标称值。这条性能要求是为了满足安防监控实际需求而提出的,安防监控需要连续发现识别目标,帧率过低则不能满足该需求。试验方法是安防热像仪对具有红外特征的直线往复运动及顺时针旋转目标进行图像采集,通过录像回放计算A、B两点间去除重复帧后的有效视频帧数N,计算实际的帧率fs。

延时方面,安防热像仪应对外界的热红外辐射的变化做出响应,响应延时应不大于100ms。安防热像仪对响应延时的要求也是标准编制组经过与参编单位的深入讨论而提出的,100ms的要求能够满足大部分安防视频监控需求。试验方法是将红外靶标温度设置为(45±2)℃左右,使安防热像仪能清晰明显的观察到红外靶标,成像送至监视器,电磁推拉挡板位于轨道装置上的红外靶标远端处,处于待激发状态。用高速摄像机拍摄整个场景,使得红外靶标、监视器图像和电磁推拉挡板位置清晰可见。击发电磁推拉挡板,使电磁推拉挡板快速向红外靶标运动,最终遮蔽红外靶标并停止,全程通过高速摄像机录像。通过高速摄像机视频回放,从视频中电磁推拉挡板完全遮蔽红外靶标后开始计数,直到视频中监视器显示的红外靶标图像消失,记录帧数,根据帧数计算出安防热像仪的延时。

噪声等效温差(NETD)和最小可分辨温差(MRTD)是安防热像仪两个重要的性能指标,标准编制组调研了目前国产红外探测器的实际性能,经与参编单位和用户单位多次沟通,将这两个指标的限值确定为能满足目前国内安防热像仪能够达到并同时能满足用户需求的限值,具体如下:

噪声等效温差(NETD),制冷型安防热像仪所处的环境温度为23℃ ±5℃时,NETD值应不大于30mK;非制冷型安防热像仪所处的环境温度为23℃ ±5℃时,NETD值应不大于 60mK。试验方法请查阅标准附录A,不再赘述。

最小可分辨温差(MRTD),制冷型安防热像仪所处的环境温度为23℃ ±5℃时,在其特征频率下的最大MRTD值应不大于 0.4K;非制冷型安防热像仪所处的环境温度为23℃ ±5℃时,在其特征频率下的最大MRTD 值应不大于0.8K。试验方法请查阅标准附录B,不再赘述。

电池连续工作时间方面,手持式安防热像仪采用配套单组电池连续工作时间应不少于3h;手持式热像仪需考虑重量、体积和电池技术水平等因素,目前3h的限值首先能够满足用户需求,第二电池体积不会过大造成设备笨重难以使用的问题;另外标准中强调配套单组电池的目的满足试验需求,即不能在试验过程中采取更换电池的方式延长电池连续工作时间。

开机时间方面,正常工作条件下,制冷型安防热像仪开机时间应不大于6.5min,非制冷型安防热像仪开机时间应不大于30s,请注意开机时间计算是从开机到出现监控图像为止,出现企业LOGO、蓝屏等非视频监控图像不能停止计时。

电源适应能力要求、环境适应性要求

电源适应能力要求方面,本标准要求安防热像仪应能在额定工作电压±15%的供电条件下正常工作。

环境适应性要求方面,根据标准编制组调研的目前国内安防热像仪使用方的使用环境要求和生产厂家的产品环境适应能力情况,从实际出发,为规范产品环境适应能力,满足用户真实需求,降低生产厂家为达到环境适应能力而付出的生产成本,避免盲目提高产品环境适应能力的情况。标准编制组提出室内型安防热像仪环境适应性应符合GB/T 15211-2013中环境类别II的要求,室外型安防热像仪环境适应性应符合GB/T 15211-2013中环境类别IVB的要求,每个类别气候环境条件试验的严酷等级偏离见表2,机械环境条件试验的严酷等级偏离见表3。

表2气候环境条件试验的严酷等级偏离

每一项特定环境试验的条件试验期间检测(如果检测)和最后检测应满足以下条件:

  1. 被测安防热像仪运行正常,没有图像丢失、图像冻结、死机等异常现象;
  2. 正确产生报警联动输出信号,无误动;
  3. 图像质量无明显劣化;
  4. 以太网接口(如有)通信正常;
  5. 正弦振动、冲击试验后,结构完整,应能正常工作,并无元器件松动、位移和损坏。低温低气压试验后设备的绝缘电阻、抗电强度、泄漏电流应满足安全性要求。盐雾循环耐久性试验后,安防热像仪表面不应有锈蚀。
表3机械环境条件试验的严酷等级偏离

请注意表2中有小写英文字母上小标,其意义是请送检厂家声明:

  1. 样机是否适应沙漠、戈壁高温环境;
  2. 是否适用于高海拔地区,其中适用于海拔1000m~3000m的高海拔地区气压值为55kPa,若海拔高度为3000m~4850m,此气压值为55kPa;
  3. 是否适用于沿海地区。

电磁兼容性要求、安全性要求和稳定性要求

电磁兼容性要求方面,总体要求是试验期间,被测安防热像仪允许画质变差,但不应损坏、故障或发生状态改变,试验后安防热像仪应正常工作,试验等级要求见表4。

表4电磁兼容性实验等级要求

安全性要求方面,注意电池安全试验仅适用于使用电池供电的安防热像仪,其他安全性要求请查阅标准内容,在此不再赘述。

稳定性要求方面,采用外部连续供电的安防热像仪在正常工作条件下,连续工作168h,不应出现故障。请注意如果是同时具有电池供电和外部连续供电的安防热像仪即要进行电池安全试验,也要使用外部连续供电进行稳定性试验。

05 | 结语

GA/T 1708-2020《安全防范视频监控红外热成像设备》是公共安全行业第一部红外热成像设备相关标准,该标准在借鉴其他行业红外热成像设备标准的基础上进行了相当程度的创新,尤其是标准中帧率和延时要求及试验方法,在国内属于首度创新,紧扣了安全防范视频监控要求。未来将对规范安防热像仪市场具有重要的意义。

但标准仍有不足之处,随着安防智能化浪潮的来袭,智能化内容过少的缺点显露无疑,未来标准编制组将紧盯技术发展趋势,适时推出修订内容。

— — 信息来源:《中国安全防范技术与应用》杂志

文 / 公安部检测中心 王磊 卢玉华

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