抗霾“神器”：透霧攝像機(jī)詳解
[導(dǎo)讀]攝像機(jī)的去霧技術(shù)可以分為物理去霧和數(shù)字去霧兩種。物理去霧即光學(xué)透霧主要由攝像機(jī)鏡頭實(shí)現(xiàn)，高清透霧鏡頭一般業(yè)內(nèi)在大電動(dòng)變倍鏡頭上才實(shí)現(xiàn)，價(jià)格昂貴，一般應(yīng)用于港口、森林高點(diǎn)等場(chǎng)景。
霧氣繚繞在幾年前給人就是一種世外桃源的感覺(jué)，浪漫無(wú)比，適合表白。然而在我們今天看來(lái)，這種景象危害度直逼二手煙!近一年來(lái)，霧霾侵襲我國(guó)各大城市已變得尋常，尤其是我大國(guó)都，霧霾籠罩城市各個(gè)角落，對(duì)各種廠商的監(jiān)控?cái)z像機(jī)造成了更大的影響。與此同時(shí)，世界上污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市有7個(gè)在中國(guó)。2014年1月4日，國(guó)家減災(zāi)辦、民政部首次將危害健康的霧霾天氣納入2013年自然災(zāi)情進(jìn)行通報(bào)。應(yīng)對(duì)這種現(xiàn)象，帶有透霧功能的攝像機(jī)也就成為了這個(gè)霧霾時(shí)代的監(jiān)控必備。
霧霾，霧和霾的統(tǒng)稱，常見(jiàn)于城市。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)，多出現(xiàn)于秋冬季節(jié)，是近地面層空氣中水汽凝結(jié)的產(chǎn)物。霧的存在會(huì)降低空氣透明度，使能見(jiàn)度惡化。霾是由空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ咏M成的。它也能使大氣渾濁，視野模糊并導(dǎo)致能見(jiàn)度惡化。
一般相對(duì)濕度小于80%時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霾造成的，相對(duì)濕度大于90%時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霧造成的，相對(duì)濕度介于80-90%之間時(shí)的大氣混濁視野模糊導(dǎo)致的能見(jiàn)度惡化是霧和霾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。
在霧霾天氣中的視頻監(jiān)控設(shè)備主要會(huì)受到以下三個(gè)方面的影響：
一、反射光受到大氣粒子的散射產(chǎn)生衰減，造成物體的對(duì)比度退化;
二、部分粒徑較大的大氣粒子遮擋像素點(diǎn)成像，導(dǎo)致圖像細(xì)節(jié)丟失;
三、無(wú)關(guān)的自然光經(jīng)過(guò)折射參與成像，造成圖像飽和度、對(duì)比度降低及色調(diào)偏移。
戶外景物圖像的對(duì)比度和顏色都會(huì)被改變或退化，使得圖像中蘊(yùn)含的許多特征被覆蓋或變得模糊，導(dǎo)致視頻監(jiān)控產(chǎn)品不能采集到清晰的現(xiàn)場(chǎng)圖像，對(duì)平安城市的建設(shè)以及各類場(chǎng)所安全防范的實(shí)施和管理產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。
因此安防市場(chǎng)對(duì)能夠具有實(shí)時(shí)去霧功能的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提出了需求。
攝像機(jī)的去霧技術(shù)可以分為物理去霧和數(shù)字去霧兩種。物理去霧即光學(xué)透霧主要由攝像機(jī)鏡頭實(shí)現(xiàn)，高清透霧鏡頭一般業(yè)內(nèi)在大電動(dòng)變倍鏡頭上才實(shí)現(xiàn)，價(jià)格昂貴，一般應(yīng)用于港口、森林高點(diǎn)等場(chǎng)景。
數(shù)字去霧則是在攝像機(jī)或者后端軟件上可實(shí)現(xiàn)，是一種基于人類視覺(jué)感知模型設(shè)計(jì)的后端圖像復(fù)原技術(shù)，具有低成本、易部署等特點(diǎn)，適合廣泛地推廣應(yīng)用于城市監(jiān)控中。
鏡頭透霧技術(shù)
透霧原理表明，在不可見(jiàn)光的范圍內(nèi)，有一頻率的光可以穿透霧氣，根據(jù)波長(zhǎng)不同需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行處理，以達(dá)到對(duì)其聚焦的目的,同時(shí)還需在攝像機(jī)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，來(lái)將這一頻率的不可見(jiàn)光進(jìn)行成像，由于這個(gè)不可見(jiàn)光沒(méi)有對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)光色彩圖，所以呈現(xiàn)的圖像為黑白色。透過(guò)云霧、水氣拍攝物體，相當(dāng)于透過(guò)了兩重透鏡(水珠與實(shí)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(wú)法正常的投射在CCD成像面上，從而阻礙普通模式鏡頭從云霧、水氣中得到正常、清晰的圖像。
過(guò)去CCTV鏡頭還處于300mm以下階段，觀測(cè)距離一般限定在1公里以內(nèi)，這種應(yīng)用對(duì)天氣能見(jiàn)度的要求低，但在焦距已經(jīng)發(fā)展到750mm的今天，大霧天氣對(duì)監(jiān)控圖像的影響就不得不引起我們的重視了。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(yuǎn)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(shí)不間斷監(jiān)控面臨新的挑戰(zhàn)。
針對(duì)這種情況，少數(shù)有設(shè)計(jì)、研發(fā)能力的廠商經(jīng)過(guò)努力開(kāi)發(fā)出具有透霧功能的鏡頭，并成功讓成品上市。這種技術(shù)的出現(xiàn)，大大拓寬了視頻監(jiān)控的應(yīng)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(chǎng)上多數(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(dāng)透霧鏡頭來(lái)銷售，宣稱具有透霧功能，是極不負(fù)責(zé)任的行為。當(dāng)然，這在實(shí)際測(cè)試中是無(wú)法蒙混過(guò)關(guān)的，最終擺脫不了被淘汰的命運(yùn)，但給LCD液晶屏圖對(duì)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(fèi)許多時(shí)間。
電子透霧監(jiān)控?cái)z像機(jī)圖像處理方式
當(dāng)安防需求從被動(dòng)檢測(cè)發(fā)展為主動(dòng)防御，智能分析依賴的各種圖像處理算法變得舉足輕重起來(lái)，其中透霧處理集合了多種圖像算法，是較為重要的一類圖像處理技術(shù)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，目前已知的透霧算法大致可以分為兩大類：一種是非模型的圖像增強(qiáng)方法，通過(guò)增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，滿足主觀視覺(jué)的要求來(lái)達(dá)到清晰化的目的;另一種是基于模型的圖像復(fù)原方法，它考查圖像退化的原因，將退化過(guò)程進(jìn)行建模，采用逆向處理，以最終解決圖像的復(fù)原問(wèn)題。
為了得到更好的處理效果，攝像機(jī)廠家會(huì)增設(shè)專門的圖像處理芯片，可自動(dòng)偵測(cè)圖像的密度，最大限度地保持圖像信號(hào)的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)彩色增強(qiáng)、反差增強(qiáng)、邊緣增強(qiáng)、對(duì)比度增強(qiáng)和亮度增強(qiáng)，并進(jìn)行密度分割、去模糊等運(yùn)算，使不同場(chǎng)景下的攝像畫質(zhì)得到明顯提高，達(dá)到透霧的目的。而根據(jù)廠家的能力與研發(fā)選擇，會(huì)分別選擇在DSP或FPGA等不同芯片上進(jìn)行相應(yīng)處理。
芯片會(huì)實(shí)時(shí)讀取視頻流信息，通過(guò)對(duì)比參數(shù)判定是否需要開(kāi)啟透霧模式，也就是可以達(dá)到自動(dòng)偵測(cè)霧氣，甚至可以通過(guò)設(shè)定的預(yù)置模式判定出霧氣濃淡，選擇進(jìn)入相應(yīng)的透霧模式。
