邊海防光電轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件設(shè)計(jì)

王鑫

（蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215000）

在沿海、沿邊地區(qū)進(jìn)行邊海防光電轉(zhuǎn)臺(tái)、視頻監(jiān)控站等邊海防基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，可以改善邊海防管控手段，實(shí)施科技興邊、科技強(qiáng)邊[1]。

邊防監(jiān)控站作為邊防部隊(duì)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，在對(duì)邊境地區(qū)進(jìn)行情報(bào)收集、情況報(bào)知、指揮控制等方面具有實(shí)時(shí)、高效、安全的特點(diǎn)。它能夠有效地防止邊境地區(qū)偷渡、走私、販毒等危害國(guó)家安全事件的發(fā)生，大大降低邊防軍人的工作強(qiáng)度，提高邊防部隊(duì)的工作效率，改善邊境管控的嚴(yán)峻形勢(shì)，更好地維護(hù)國(guó)家邊境的安全[2]。

1 軟件系統(tǒng)概述

轉(zhuǎn)臺(tái)控制上位機(jī)軟件的主要功能是為用戶提供一個(gè)友好的界面，它可以監(jiān)視遠(yuǎn)端的場(chǎng)景，通過將可見光、紅外相結(jié)合，能更好地進(jìn)行全天候的監(jiān)控；同時(shí)可以對(duì)視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；還可以對(duì)登陸設(shè)備參數(shù)以及監(jiān)控通道的參數(shù)進(jìn)行配置；實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備的控制和轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制等等。

通過轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件系統(tǒng)操作轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，軟件將相應(yīng)的控制命令發(fā)送給轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)接受控制命令后，經(jīng)過解析并分別向伺服電機(jī)以及可見光攝像機(jī)和紅外熱像儀發(fā)送控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制。同時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)將視頻信號(hào)及各分系統(tǒng)的反饋信號(hào)傳送回上位機(jī)控制軟件，方便操作人員觀察并及時(shí)了解轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前狀態(tài)。

2 開發(fā)環(huán)境

本文的轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件的開發(fā)環(huán)境為Qt 5.6，開發(fā)工具選擇Qt Creator 4.0.1，在Windows 7系統(tǒng)下開發(fā)轉(zhuǎn)臺(tái)上位機(jī)軟件。

Qt是1991年由Qt Company開發(fā)的一個(gè)跨平臺(tái)C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架。Qt的優(yōu)勢(shì)主要包括優(yōu)良的跨平臺(tái)特性、面向?qū)ο蟆⒇S富的API、大量的開發(fā)文檔、XML支持等。

3 軟件主界面及功能劃分

轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件基本功能包括實(shí)現(xiàn)白光及紅外相機(jī)的視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽，本地截圖和錄像，鏡頭的變焦、聚焦、光圈控制，轉(zhuǎn)臺(tái)的控制（包括轉(zhuǎn)臺(tái)的水平和俯仰運(yùn)動(dòng)、預(yù)置位的設(shè)置和調(diào)用、巡航、轉(zhuǎn)臺(tái)速度的調(diào)整等操作）等。轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件的主界面如圖1所示。

軟件的主界面可以分為視頻顯示區(qū)、主要控制區(qū)、實(shí)時(shí)反饋區(qū)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制區(qū)、鏡頭控制區(qū)、狀態(tài)查詢區(qū)、其他功能區(qū)等。

（1）視頻顯示區(qū)為播放可見光及紅外視頻圖像的窗口。

（2）主要控制區(qū)的功能為轉(zhuǎn)臺(tái)整體及白光、紅外相機(jī)的開啟、關(guān)閉控制，及透霧、加熱等功能的開關(guān)。

1.2.1 問卷調(diào)查 問卷調(diào)查名稱為《甲狀腺疾病和糖尿病全國(guó)調(diào)查-2014(TIDE)》，問卷調(diào)查內(nèi)容包括研究對(duì)象的一般資料(姓名、年齡、民族、文化程度、職業(yè)、收入、生育史、吸煙、飲酒史)、碘營(yíng)養(yǎng)狀況(食鹽來源、進(jìn)食鹽習(xí)慣、進(jìn)食海帶、紫菜情況、是否服用含碘藥物、3個(gè)月內(nèi)接受造影劑檢查情況)、疾病史及家族史(甲狀腺病史、甲狀腺疾病家族史、糖尿病病史、糖尿病家族史、糖尿病并發(fā)癥、高血壓病史、高脂血癥病史、高尿酸血癥病史)。采用整體分層抽樣調(diào)查法，發(fā)放問卷1 464份，收集問卷1 430份,有效回收率為97.68%。

（3）實(shí)時(shí)反饋區(qū)能實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)臺(tái)的各項(xiàng)信息，如當(dāng)前的溫度、角度、經(jīng)緯度、相機(jī)倍率等。

圖1：軟件主界面

（4）轉(zhuǎn)臺(tái)控制區(qū)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰和水平方向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)預(yù)置位的設(shè)置、調(diào)用和巡航、守望、線掃等功能的操作。

（5）鏡頭控制區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光鏡頭或紅外鏡頭的聚焦、變焦的控制。

（6）狀態(tài)查詢區(qū)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)水平、俯仰角度、相機(jī)倍率的查詢與定位。

（7）其他功能區(qū)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別及紅外偽彩顯示等功能。

4 軟件系統(tǒng)控制方式

轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)白光相機(jī)鏡頭、紅外相機(jī)鏡頭以及轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)的控制。

轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件的主要控制思路為上位機(jī)軟件端通過以太網(wǎng)按照設(shè)備廠商的私有網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議向視頻服務(wù)器發(fā)送控制命令，經(jīng)過視頻服務(wù)器的解析后，再向轉(zhuǎn)臺(tái)伺服控制板發(fā)送PELCO-D或其他協(xié)議的轉(zhuǎn)臺(tái)控制命令，再由轉(zhuǎn)臺(tái)控制板的DSP解析后分別實(shí)現(xiàn)對(duì)白光相機(jī)鏡頭、紅外相機(jī)鏡頭以及轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)的控制。如圖2所示。

5 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件開發(fā)工具選擇Qt 5.6，由于海康威視提供了視頻服務(wù)器的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK，可用于遠(yuǎn)程訪問和控制設(shè)備軟件的二次開發(fā)，所以我們可以調(diào)用海康威視提供的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)SDK來輔助開發(fā)轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件。視頻服務(wù)器可以將接收到的網(wǎng)絡(luò)命令轉(zhuǎn)換成485串口指令來控制轉(zhuǎn)臺(tái)，視頻服務(wù)器與轉(zhuǎn)臺(tái)控制板間的通信由視頻服務(wù)器來完成，因此轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件主要需要按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與視頻服務(wù)器通信以最終控制轉(zhuǎn)臺(tái)。

5.1 控制協(xié)議

控制模塊包括了轉(zhuǎn)臺(tái)控制函數(shù)、設(shè)置參數(shù)函數(shù)以及獲取參數(shù)函數(shù)，目前轉(zhuǎn)臺(tái)中所用的控制協(xié)議基本以PELCO-D協(xié)議為主，它主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）轉(zhuǎn)臺(tái)的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下以及自動(dòng)掃描的運(yùn)動(dòng)。

（2）縮放調(diào)焦、遠(yuǎn)近聚焦、光圈大小、開關(guān)加熱器；

（3）設(shè)置以及獲取RS485通信的速率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)、流控參數(shù)，

（4）獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)臺(tái)位置角度信息。

5.2 光電載荷控制

5.2.1 鏡頭調(diào)節(jié)

攝像機(jī)的鏡頭調(diào)節(jié)主要有聚焦調(diào)節(jié)和變焦調(diào)節(jié)，變焦調(diào)節(jié)可改變圖像的視場(chǎng)大小，聚焦調(diào)節(jié)可改變圖像的清晰度，光圈調(diào)節(jié)可改變光圈的大小以控制進(jìn)光量，但目前攝像機(jī)一般為自動(dòng)光圈，無需控制。鏡頭調(diào)節(jié)的操作界面如圖3所示。

5.2.2 圖像處理

（1）本地截圖和錄像。在軟件界面觀看轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)圖像時(shí)，可以隨時(shí)將感興趣的圖片保存下來，或隨時(shí)開啟、停止錄像，將重要的視頻保存為本地視頻文件。

（2）彩色/透霧切換。轉(zhuǎn)臺(tái)輸出的可見光視頻正常情況下為彩色視頻。在雨霧天氣時(shí)，點(diǎn)擊開啟透霧，攝像機(jī)將會(huì)切換為黑白模式并且鏡頭的濾光片切換，開啟透霧以達(dá)到較好的觀看效果。

（3）紅外圖像偽彩。紅外圖像正常為黑白模式，在需要的情況下可以開啟偽彩模式，紅外圖像將根據(jù)目標(biāo)溫度的不同表現(xiàn)為不同的顏色，更適合人眼觀看。

5.3 轉(zhuǎn)臺(tái)控制

5.3.1 基本控制轉(zhuǎn)臺(tái)基本控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)八個(gè)方向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)臺(tái)的自動(dòng)掃描功能，以及轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)。如圖4所示。

5.3.2 預(yù)置位操作

圖2：控制流程示意圖

圖3：鏡頭調(diào)節(jié)

圖4：轉(zhuǎn)臺(tái)控制區(qū)

圖5：預(yù)置位操作

圖6：巡航操作

當(dāng)用戶通過轉(zhuǎn)臺(tái)觀察到一個(gè)感興趣目標(biāo)時(shí)，可將該位置設(shè)置為一個(gè)預(yù)置位，預(yù)置位當(dāng)中保存了轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的方位、俯仰角度以及攝像機(jī)的焦距、聚焦等參數(shù)。當(dāng)下次用戶需要再次觀察此目標(biāo)時(shí)，可通過調(diào)用該預(yù)置位來快速實(shí)現(xiàn)。當(dāng)不需要時(shí)也可刪除任何一個(gè)預(yù)置位。轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件可設(shè)置最多1024個(gè)預(yù)置位。如圖5所示。

5.3.3 巡航操作

轉(zhuǎn)臺(tái)巡航功能，是指轉(zhuǎn)臺(tái)可以在設(shè)定好的一串預(yù)置位之間不斷地按順序運(yùn)動(dòng)。這一功能主要目的在于不間斷地對(duì)若干個(gè)感興趣的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)巡邏觀察，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑人員或異常情況等。控制軟件最多支持8條巡航路徑，每條路徑最多支持32個(gè)路徑點(diǎn)，操作人員可以設(shè)置每個(gè)巡航點(diǎn)的預(yù)置位參數(shù)、巡航速度參數(shù)和停留時(shí)間參數(shù)。如圖6所示。

6 總結(jié)

本文對(duì)邊海防光電轉(zhuǎn)臺(tái)的控制軟件系統(tǒng)進(jìn)行了研究，通過調(diào)用海康網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SDK輔助開發(fā)，在上位機(jī)上基于Qt設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)臺(tái)控制的軟件，軟件可實(shí)現(xiàn)邊海防轉(zhuǎn)臺(tái)的主要功能，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的獲取預(yù)覽、保存和回放，可見光和紅外相機(jī)的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制等各種功能。