安防技匯：鏡頭透霧與視頻增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用

　　鏡頭透霧技術(shù)

　　近年來(lái)，采用視頻監(jiān)控設(shè)備保衛(wèi)安全已經(jīng)成為了各行各業(yè)的必要手段。但是傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控設(shè)備無(wú)一例外的都有一個(gè)弊端，就是在夜間和霧天的監(jiān)控效果十分不理想，而夜間和霧天又是案件多發(fā)時(shí)間。另外，對(duì)于距離稍遠(yuǎn)的監(jiān)控，幾乎更是一片空白。

　　透霧原理是這樣的，在不可見(jiàn)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(zhǎng)不同，所以需要在攝像機(jī)上進(jìn)行處理，以達(dá)到對(duì)其聚焦的目的,同時(shí)還需要在攝像機(jī)上進(jìn)行從新設(shè)計(jì)，用來(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，所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色。 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(xiàn)可以正確聚焦在CCD成像面上，RGB光線(xiàn)中的GB均無(wú)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(wú)法正常、清晰的得到云霧、水氣中的圖像。

　　過(guò)去CCTV鏡頭還處于300mm以下階段時(shí)，觀測(cè)距離一般限定在1公里以?xún)?nèi)，這種應(yīng)用對(duì)天氣能見(jiàn)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(duì)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(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)出了具有透霧功能的鏡頭，并成功實(shí)現(xiàn)了成品上市。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(lèi)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(dāng)透霧鏡頭來(lái)銷(xiāo)售，宣稱(chēng)具有透霧功能，是極不負(fù)責(zé)任的行為。當(dāng)然，在實(shí)際測(cè)試中無(wú)法蒙混過(guò)關(guān)，最終擺脫不了被淘汰的命運(yùn)，但給對(duì)此功能有需求的用戶(hù)在產(chǎn)品選擇上制造了許多障礙和浪費(fèi)許多時(shí)間。

　　視頻透霧增透技術(shù)

　　視頻增透技術(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。增強(qiáng)后的圖像為圖像的下一步應(yīng)用提供良好的條件。一般來(lái)說(shuō)增透技術(shù)有兩種：空域的和頻域的方法。但這些方法的對(duì)不同圖像的適應(yīng)性還存在一些缺陷。在上個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)物理學(xué)家Land等提出了Retinex圖像增強(qiáng)方法，它是基于人類(lèi)視覺(jué)感知的圖像處理模型。它能壓縮圖像動(dòng)態(tài)范圍，顯示圖像中被湮沒(méi)的細(xì)節(jié)。但算法復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)難度大，尤其是對(duì)實(shí)時(shí)視頻的實(shí)時(shí)增強(qiáng)，因?yàn)橛?jì)算量大，導(dǎo)致很難實(shí)際應(yīng)用。隨著硬件性能的提高，我們終于能把這個(gè)具有普遍適應(yīng)性的圖像增強(qiáng)算法變成實(shí)際的工程化產(chǎn)品。這是業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)的Retinex算法的硬件產(chǎn)品。

　　Retinex算法是基于人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)感知和調(diào)節(jié)物體顏色和亮度的模型，這個(gè)模型解釋了一般顏色理論無(wú)法解釋的人眼對(duì)顏色的波長(zhǎng)與亮度不是特別對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象。Land通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明我提的表面顏色不會(huì)因?yàn)楣庹諚l件的變化而改變即顏色恒常性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)顏色恒常就是說(shuō)無(wú)論是在正午的陽(yáng)光下、白熾燈下，還是在陰暗的光照條件下，人類(lèi)感覺(jué)到的同樣物體顏色是一致的。正因如此，在進(jìn)行圖像操作時(shí)應(yīng)當(dāng)去除光照強(qiáng)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(dòng)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(dá)到的動(dòng)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(qiáng)方法相比，Retinex算法具有銳化、顏色恒常性、動(dòng)態(tài)范圍壓縮大、色彩逼真度高等特點(diǎn)。

　　現(xiàn)在多部分的視頻增強(qiáng)器只是采用基于全局的Retinex圖像增強(qiáng)算法通過(guò)在對(duì)數(shù)域內(nèi)計(jì)算相鄰像素點(diǎn)灰度值之間的比值從而得到相鄰像素點(diǎn)之間的相對(duì)明暗關(guān)系，繼而通過(guò)該明暗關(guān)系對(duì)原像素點(diǎn)灰度值進(jìn)行校正，最后再對(duì)校正后的像素點(diǎn)灰度值進(jìn)行線(xiàn)性拉伸，得到增強(qiáng)的圖像。所以得到的增強(qiáng)圖像對(duì)比度不高。而CASEVision VE9901視頻增強(qiáng)器采用先進(jìn)的多尺度Retinex圖像增強(qiáng)算法，具有較強(qiáng)的普適性。同時(shí)提供優(yōu)化的對(duì)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(jié)構(gòu)，具有尺寸小、功耗低、高性能的優(yōu)點(diǎn)。 且實(shí)時(shí)對(duì)圖像處理，自動(dòng)適應(yīng)PAL制和NTSC制式視頻圖像。并具有極低的延遲，延遲時(shí)間不超過(guò)一幀，即PAL制視頻延遲40ms，NTSC制式視頻延遲33ms。 同時(shí)，它還支持全屏增強(qiáng)和局部窗口增強(qiáng)，局部增強(qiáng)窗口大小和位置可動(dòng)態(tài)調(diào)整。