視頻圖像處理技術(shù)在安防行業(yè)的應(yīng)用

　　數(shù)字視頻和數(shù)字圖像比傳統(tǒng)的圖像和視頻分辨率要高，處理方便，易于操作和整理。但由于部分設(shè)備性能不足、客觀條件限制等因素，在實際的視頻監(jiān)控應(yīng)用中，仍會出現(xiàn)視頻圖像模糊不清、關(guān)鍵信息捕捉不到等問題。而在視頻圖像處理的過程中，由于操作技術(shù)問題或者客觀因素等，給視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用帶來一些負(fù)面影響，降低了處理技術(shù)的水平和質(zhì)量。隨著人們對監(jiān)控圖像質(zhì)量的要求越來越高，提升監(jiān)控圖像的實用價值已經(jīng)成為社會向整個安防行業(yè)提出的新要求。在這樣的形式下，現(xiàn)在的主流視頻圖像處理技術(shù)是什么?數(shù)字圖像處理技術(shù)在監(jiān)控行業(yè)有哪些具體運用?

　　視頻圖像處理技術(shù)的四大技術(shù)

　　視頻圖像處理過程中會涉及到對視頻圖像數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、顯示和回放等過程，這些過程共同形成了一個系統(tǒng)的整體周期，可以連續(xù)性的運作。在視頻圖像處理技術(shù)范圍內(nèi)最主要的就是包括了圖像的壓縮技術(shù)和視頻圖像的處理技術(shù)等。目前，市場上主流的視頻圖像處理技術(shù)包括：智能分析處理，視頻透霧增透技術(shù)，寬動態(tài)處理，超分辨率處理，下面分別介紹以上四種處理技術(shù)。

　　智能分析處理技術(shù)

　　智能視頻分析技術(shù)是解決視頻監(jiān)控領(lǐng)域大數(shù)據(jù)篩選、檢索技術(shù)問題的重要手段。目前國內(nèi)智能分析技術(shù)可以分為兩大類：一類是通過前景提取等方法對畫面中的物體的移動進(jìn)行檢測，通過設(shè)定規(guī)則來區(qū)分不同的行為，如拌線、物品遺留、周界等;另一類是利用模式識別技術(shù)對畫面中所需要監(jiān)控的物體進(jìn)行針對性的建模，從而達(dá)到對視頻中的特定物體進(jìn)行檢測及相關(guān)應(yīng)用，如車輛檢測、人流統(tǒng)計、人臉檢測等應(yīng)用。

　　視頻透霧增透技術(shù)

　　視頻透霧增透技術(shù)，一般指將因霧和水氣灰塵等導(dǎo)致朦朧不清的圖像變得清晰，強(qiáng)調(diào)圖像當(dāng)中某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使得圖像的質(zhì)量改善，信息量更加豐富。由于霧霾天氣以及雨雪、強(qiáng)光、暗光等惡劣條件導(dǎo)致視頻監(jiān)控圖像的圖像對比度差、分辨率低、圖像模糊、特征無法辨識等問題，增透處理后的圖像可為圖像的下一步應(yīng)用提供良好的條件。

　　數(shù)字圖像寬度動態(tài)的算法

　　數(shù)字圖像處理中寬動態(tài)范圍是一個基本特征，在圖像和視覺恢復(fù)中占據(jù)了重要的位置，關(guān)系著最終圖像的成像質(zhì)量。其動態(tài)的范圍主要受保護(hù)信號量和平均噪聲比值來決定的，其中動態(tài)范圍可以從光能的角度來定義。

　　數(shù)字的信號處理會受到曝光量中曝光效果、光照度和強(qiáng)度的影響和作用。動態(tài)范圍跟圖案的深度息息相關(guān)，如果圖像動態(tài)范圍寬，則在圖像處理時亮度變化較為明顯，但如果動態(tài)范圍較窄，在亮度轉(zhuǎn)化時，亮暗程度的變化并不明顯。目前圖像的寬動態(tài)范圍在視頻監(jiān)控、醫(yī)療影像等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

超分辨率重建技術(shù)

　　提高圖像分辨率最直接的辦法就是提高采集設(shè)備的傳感器密度。然而高密度的圖像傳感器的價格相對昂貴，在一般應(yīng)用中難以承受;另一方面，由于成像系統(tǒng)受其傳感器陣列密度的限制，目前已接近極限。

　　解決這一問題的有效途徑是采用基于信號處理的軟件方法對圖像的空間分辨率進(jìn)行提高，即超分辨率(SR：Super-Resolution)圖像重建，其核心思想是用時間帶寬(獲取同一場景的多幀圖像序列)換取空間分辨率，實現(xiàn)時間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換，使得重建圖像的視覺效果超過任何一幀低分辨率圖像。

視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

　　顯然，圖像處理的目是改善圖像質(zhì)量、提取有用信息、識別預(yù)定目標(biāo)等。在新發(fā)展條件下，隨著人們對視頻安防監(jiān)控的重視，視頻圖像處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用也越來越得到人們的關(guān)注。究竟視頻圖像處理技術(shù)在安防領(lǐng)域有哪些應(yīng)用?小編列舉以下四項：

　　1)視頻監(jiān)控在各類政府工程項目“平安城市”、“智慧城市”、“智能交通”、“3111工程”、“平安校園”等項目中，視頻監(jiān)控都是不可或缺的一部分。視頻圖像的質(zhì)量直接影響安防監(jiān)控的力度，應(yīng)用視頻圖像處理技術(shù)可提高安防監(jiān)控的質(zhì)量。針對視頻圖像處理,迅通近期推出一款新產(chǎn)品——視頻圖像智能分析軟件(簡稱迅通VAIS)。這是一款集合寬動態(tài)增強(qiáng)技術(shù)處理、超分辨率重建技術(shù)、去霧增強(qiáng)處理技術(shù)的視頻圖像處理軟件，可廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的監(jiān)控視頻圖像處理，提升畫面質(zhì)量，同時無需在系統(tǒng)前端投入。該軟件可通過對視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，實現(xiàn)在無人值守后臺的情況下不間斷地對視頻圖像進(jìn)行自動處理并歸檔，以方便隨時調(diào)看處理過的視頻，極大程度上將繁瑣的處理過程簡便化，為“平安城市”、“智能交通”等項目保駕護(hù)航。目前全國各地平安城市建議正如火如荼地進(jìn)行，大部分重點城市平安城市建設(shè)已完成。項目完成后，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用尤為重要，如何更好地應(yīng)用該系統(tǒng)為城市治安，城市建議作貢獻(xiàn)?面對海量的視頻文件，如何提高應(yīng)用?由于初期平安建設(shè)監(jiān)控應(yīng)用普遍使用模擬攝像機(jī)或者標(biāo)清攝像機(jī),視頻畫質(zhì)比較模糊,要想滿足高清化的應(yīng)用需要,以往的方法是更換原有前端攝像機(jī),該方法的缺點是大幅度增加成本投入,如果應(yīng)用迅通VAIS視頻處理軟件,即可在低成本的情況下滿足應(yīng)用需求。

　　2)常規(guī)攝像機(jī)視場中的物體在有亮度較高的背景光情況下，如看門口或窗外的物體時，在拍攝過程中，被拍攝的主體目標(biāo)后面有非常亮的背景或一個亮點光源。傳統(tǒng)普通攝像機(jī)對單一圖像中最亮和最暗部分的平衡調(diào)整能力非常有限，一般以攝取進(jìn)來的所有光線的平均值為基準(zhǔn)，并決定曝光等級。為了克服這個問題，一種稱為背光補(bǔ)償(BLC)的方法通過加權(quán)的區(qū)域理論被廣泛使用在多數(shù)攝像機(jī)上。采用中央背光補(bǔ)償(BLC)模式，它主要是靠提升視場中央部分的亮度、降低視場四周部分的亮度來達(dá)到看清位于中央位置內(nèi)物體的目的。但是，在這種情況下攝像機(jī)無法同時看清前場景與后場景內(nèi)的目標(biāo)，使用寬動態(tài)(Wide-dynamic)范圍工作模式可有效解決這一矛盾。在一些明暗反差較強(qiáng)烈的場合，傳統(tǒng)攝像機(jī)的表現(xiàn)就不盡如意，得不到清晰的圖像。于是通過技術(shù)手段使攝像機(jī)具備良好的寬動態(tài)功能(WDR)，近年來寬動態(tài)攝像機(jī)被廣泛應(yīng)用于背光環(huán)境下的場合。但如果大范圍應(yīng)用寬動態(tài)攝像機(jī)，系統(tǒng)造價比較高，特別針對原有系統(tǒng)的升級，更是造成一種浪費。迅通VAIS視頻圖像處理中的寬動態(tài)背光處理技術(shù)可改善視頻監(jiān)控中整體偏黑、背光的圖像，增加圖像的層次跟細(xì)節(jié)，還原視頻圖像的關(guān)鍵信息。例如在交通視頻、銀行取款機(jī)監(jiān)控視頻、倉庫視頻等監(jiān)控視頻中，經(jīng)常出現(xiàn)圖像背光的情況，一旦出現(xiàn)事故視頻圖像將成為關(guān)鍵的信息來源。監(jiān)管人員可利用寬動態(tài)、背光處理后的監(jiān)控視頻圖像進(jìn)行分析取證，提升視頻摘要檢索的準(zhǔn)確率，獲取關(guān)鍵信息，快速找到想要的數(shù)據(jù)。

示例：下面為某車庫入口場景圖片：

　　左圖為星光級高清攝像機(jī)下的暗光模擬視頻，通過知名摘要軟件摘要后，得出此段視頻共有4個對象，最黑部分的關(guān)鍵人物摘要丟失。右圖為將原視頻經(jīng)過迅通VAIS進(jìn)行增強(qiáng)處理，再進(jìn)行摘要后，結(jié)果同一段視頻得出11個對象，大大增加識別準(zhǔn)確率。此外，迅通VAIS還準(zhǔn)確摘到右邊暗處走出來的人物。

　　3)以視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)材料的圖像偵查成為繼刑偵、技偵、網(wǎng)偵之后偵查破案的第四大技術(shù)支撐。人們可通過視頻圖像智能分析處理技術(shù)，對視頻中的特定物體進(jìn)行檢測與分析，從而獲取視頻關(guān)鍵信息，協(xié)助公安部門快速破案，實際應(yīng)用在車牌分辨、背光人臉分辨等方面。

　　示例：下圖為快速公路，晚上10點左右，車燈強(qiáng)光照射，超速車速模糊車牌處理：

　　以上車輛圖像，經(jīng)過迅通VAIS多幀重建后，可以辨別車牌6位數(shù)字字母組合中的5位?？梢?，視頻圖像處理技術(shù)能提高人們對關(guān)鍵信息的獲取能力，助力圖像偵查。

4)連日來的大霧天氣形成了巨大的污染帶，從北京、天津到石家莊，從鄭州、南通到貴陽，空氣污染指數(shù)持續(xù)上升，全國74個重點監(jiān)測城市近半數(shù)嚴(yán)重污染，北京城區(qū)PM2.5一度逼近1000。巨大的霧霾籠罩在中國上空，遮蔽了視線，嚴(yán)重影響著各地居民的正常生活及交通運輸暢通。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員介紹，霧霾天氣下，大部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)控的圖像色彩將會暗淡、其對比度也會變低，因此會導(dǎo)致一些重要目標(biāo)的細(xì)節(jié)淹沒在霧氣中難以發(fā)現(xiàn)，這就會導(dǎo)致視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常功能發(fā)揮受到影響。如何去除視頻中遮擋的霧氣等雜物，提高視頻成像清晰度，成為當(dāng)前戶外視頻監(jiān)控系統(tǒng)中一項重要的技術(shù)，尤其是當(dāng)前智能交通網(wǎng)的建設(shè)下，對這一要求更加迫切。迅通VAIS通過去霧處理技術(shù)對低質(zhì)量、霧霾天氣以及雨雪、強(qiáng)光、暗光等惡劣條件下的視頻圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。解決視頻監(jiān)控圖像的圖像對比度差、分辨率低、圖像模糊、特征無法辨識等圖像問題，助力公安機(jī)關(guān)對圖像信息的提取和判斷。

　　示例：下圖為山區(qū)公路大霧視頻處理對比：

　　在原始圖像中，場景圖像整體發(fā)白，細(xì)節(jié)模糊，對比度下降。經(jīng)迅通VAIS處理以后，整幅圖像對比度加大，散射效應(yīng)得到很大程度抑制，圖像顯得清晰、通透，增加了圖像的層次和細(xì)節(jié)。

　　總結(jié)

　　隨著科技的發(fā)展和時代的不斷進(jìn)步，視頻和圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟起來，對人們的生活和工作起著重要的作用。未來，視頻監(jiān)控與我們生活的聯(lián)系將日益密切。毫無疑問，視頻圖像處理技術(shù)的研發(fā)是時下最大的安防熱點之一，也是眾多安防企業(yè)值得關(guān)注的一個領(lǐng)域。