透霧高清監(jiān)控攝像頭原理及應用前景分析
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隨著我國經(jīng)濟狀態(tài)的迅速增長，各行業(yè)都開始以驚人的速度崛起，而且隨著監(jiān)控攝像頭趨于智能化、高清化、網(wǎng)絡化得發(fā)展勢頭，安防各行業(yè)都已經(jīng)從過去的同質(zhì)化低端惡性競爭，逐步走向差異化，個性化的發(fā)展道路。
在不可見光的范圍內(nèi)，有一頻率的光可以穿透霧氣，但是由于起波長不同，所以需要在攝像頭上進行處理，以達到對其聚焦的目的，同時還需要在監(jiān)控攝像頭上進行從新設計，用來將這一頻率的不可見光進行成像，由于這個不可見光沒有對應的可見光色彩圖，所以在上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色。透過云霧、水氣拍攝物體，相當于透過了兩重透鏡(水珠與實際透鏡)，除了R光線可以正確聚焦在CCD成像面上，RGB光線中的GB均無法正常的投射在CCD成像面上，這樣就造成了普通模式鏡頭無法正常、清晰的得到云霧、水氣中的圖像。
過去CCTV鏡頭還處于300mm以下階段時，觀測距離一般限定在1公里以內(nèi)，這種應用對天氣能見度的要求比較低，但是焦距已經(jīng)發(fā)展到750mm的今天，霧天對監(jiān)控圖像的影響就不得不引起我們的重視了。這種情況尤其是在高速公路、森林防火、油田監(jiān)控和離海面較近的港口碼頭等遠距離監(jiān)控中尤為重要。這種環(huán)境往往更容易產(chǎn)生霧氣，使24小時不間斷監(jiān)控面臨新的挑戰(zhàn)。
針對這種情況，少數(shù)有設計、研發(fā)能力的廠商經(jīng)過努力開發(fā)出了具有透霧功能的鏡頭，并成功實現(xiàn)了成品上市。這種技術的出現(xiàn)，大大拓寬了視頻監(jiān)控的應用范圍，并且是人類依靠聰明智慧戰(zhàn)勝自然環(huán)境的又一經(jīng)典案例。市場上少數(shù)廠商在不具備生產(chǎn)透霧鏡頭產(chǎn)品能力的情況下，使用普通的產(chǎn)品充當透霧鏡頭來銷售，宣稱具有透霧功能，是極不負責任的行為。當然，在實際測試中無法蒙混過關，最終擺脫不了被淘汰的命運，但給lcd液晶屏圖對此功能有需求的用戶在產(chǎn)品選擇上制造了許多障礙和浪費許多時間。
視頻分析算法
透霧鏡頭雖然效果突出，但因為價格上的局限性，在商用、民用范圍內(nèi)很難普及，在這種情況下，很多企業(yè)推出了更為實惠的數(shù)字DSP處理技術，通過視頻分析算法來達到透霧功能，俗稱：數(shù)字透霧。
1、FPGA成像方法以及直方圖均衡化算法
根據(jù)日立公司的薛總工程師介紹，高清監(jiān)控攝像頭采用DSP處理的同時，還啟用了FPGA的紅外實時透霧成像方法：FPGA成像方法針對霧天圖像的退化現(xiàn)象，采用近紅外波段成像和視頻圖像處理技術相結合的方式。根據(jù)視頻圖像相鄰兩場畫面相似的一系列特點，提出了用改進的直方圖均衡化算法的方式圖像質(zhì)量。
改進過的算法不僅可以提高畫面清晰度，還可以簡化系統(tǒng)結構，節(jié)約存儲器部分硬件資源。實驗表明，采用FPGA成像方法，在增強霧天圖像的同時滿足標準視頻圖像處理25fr鋤/s的實時性要求，結合近紅外波段透霧能力使霧天圖像能見距離提高1.5倍以上。并且可以生成彩色畫面。
2、視頻增強算法(Retinex算法)
Retinex算法是基于人類視覺系統(tǒng)感知和調(diào)節(jié)物體顏色和亮度的模型，這個模型解釋了一般顏色理論無法解釋的人眼對顏色的波長與亮度不是特別對應的現(xiàn)象。Land通過大量的實驗證明我提的表面顏色不會因為光照條件的變化而改變即顏色恒常性。簡單來說顏色恒常就是說無論是在正午的陽光下、白熾燈下，還是在陰暗的光照條件下，人類感覺到的同樣物體顏色是一致的。正因如此，在進行圖像操作時應當去除光照強度，照射不均等一些不確定和非本質(zhì)的影響，只保留物體本質(zhì)的反射性質(zhì)如反射率等信息?；谶@種方法處理的圖像可以使圖像在邊緣銳化、動態(tài)范圍壓縮和顏色的恒定方面都有很好的效果，
Retinex理論的基本思想就是將原始圖像看成是由照射圖像和物體反射屬性組成，照射光圖像直接決定一幅圖像中像素能夠達到的動態(tài)范圍，物體反射屬性決定了圖像的內(nèi)在性質(zhì)，因此，在原始圖像中去除或降低照射圖像的影響從而保留本質(zhì)的反射屬性是Retinex理論的基本思想。與其它圖像增強方法相比，Retinex算法具有銳化、顏色恒常性、動態(tài)范圍壓縮大、色彩逼真度高等特點。
現(xiàn)在多部分的lcd液晶屏圖視頻增強器只是采用基于全局的Retinex圖像增強算法通過在對數(shù)域內(nèi)計算相鄰像素點灰度值之間的比值從而得到相鄰像素點之間的相對明暗關系，繼而通過該明暗關系對原像素點灰度值進行校正，最后再對校正后的像素點灰度值進行線性拉伸，得到增強的圖像。所以得到的增強圖像對比度不高。而CASEVisionVE9901視頻增強器采用先進的多尺度Retinex圖像增強算法，具有較強的普適性。同時提供優(yōu)化的對數(shù)直方圖均衡處理和多種噪聲濾波算法。它基于DSP的嵌入式硬件結構，具有尺寸小、功耗低、高性能的優(yōu)點。且實時對圖像處理，自動適應PAL制和NTSC制式視頻圖像。并具有極低的延遲，延遲時間不超過一幀，即PAL制視頻延遲40ms，NTSC制式視頻延遲33ms。同時，它還支持lcd液晶屏圖全屏增強和局部窗口增強，局部增強窗口大小和位置可動態(tài)調(diào)整。
3、影像信號處理器(LSP)
在視頻采集過程中，前端所要求的是把CCD或CMOS感光傳感器所采集的影像經(jīng)過視頻接口采集，然后通過ISP進行成像處理，其中需要有“自動曝光(AE)”、“自動白平衡(AWB)”和“自動聚焦(AF)”處理，統(tǒng)稱為(3A)。那么前端需要有3A柱狀圖分析，而統(tǒng)計信息則經(jīng)由ISP中的H3A單元處理；由于考慮到鏡頭的畸形效果，因此需要LCD處理；為適應成像過程的高速相應，所謂IMCOP的影像性處理器和IPIPE影像流水處理單元也是必不可少的。這三個部分都存在于ISP中，同時集成的還有OSD以支持屏幕圖文顯示。并不是所有ISP都可以輕易地把人臉檢測功能集成進來，而部分企業(yè)開發(fā)的ISP還有透霧功能，能有效地支持了智能應用?？梢郧逦€原霧氣、陰霾、雨雪、沙塵暴等天氣下的圖像效果。