透過迷霧 不再迷茫 淺析?？低曂胳F技術

視頻監(jiān)控的需求主要分為兩類，白天的需求和夜間的需求。夜間效果主要的提升之道以低照度和補光居多，也就造成了現(xiàn)在市面上白光補光、紅外補光、激光補光等各式各樣的攝像機盛行;非補光類的，當屬星光級超級照度是為當下熱門。而關于白天效果的提升，一大關鍵點是能夠適應復雜多變的環(huán)境變化，也就是我們通常所說的“全天候”。

監(jiān)控攝像機常常面對室外全天候監(jiān)控的考驗，除了強光、暗夜、雨雪天氣，霧霾就是監(jiān)控的一大“天敵”。由水汽、煙塵等構成的氣溶膠粒子是霧霾的主體，也是造成圖像質量退化的根本原因。霧霾天氣下圖像色彩黯淡、對比度較低，一些重要目標的細節(jié)更是淹沒在霧氣中難以被察覺。因此，去除視頻中的霧氣，改善成像質量，是提升戶外視頻監(jiān)控應用價值的一項重要技術。

透霧技術的發(fā)展

透霧監(jiān)控需求最早出現(xiàn)在海事邊防等國防應用，一開始相關產品都只在透霧鏡頭上做研究，研發(fā)了一種光學透霧技術，也就是我們通常所說的第一代透霧技術。光學透霧采用針對紅外波段成像特殊優(yōu)化的鏡頭， 通過濾光片對特定近紅外波段光線進行截取，從而利用霧氣中的紅外光進行成像。光學透霧對于霧氣的穿透力非常強，成像效果表現(xiàn)較好， 但由于是紅外波段成像，所以呈現(xiàn)的也只能是黑白圖像，并且這種透霧方式設備成本投入較大，一般用戶有需求但會望而卻步。

近幾年隨著民用需求的增長，也為了實現(xiàn)更好的透霧效果，相關廠家開始在攝像機視頻圖像增強技術上做研究，也就是現(xiàn)在在安防監(jiān)控市場上非常普遍的數(shù)字算法透霧攝像機，我們稱之為第二代透霧技術。數(shù)字透霧技術目前很多安防廠家主要停留在第一個階段——“淺透霧”階段，這類方法通過調整傳感器采集信息的分布，增強觀測目標的色彩與細節(jié)，使信息減少在后續(xù)處理（例如ISP和編碼壓縮）中的損失，用戶觀測效果也能獲得提高。但是這種透霧效果不明顯，也稱假性透霧。“淺透霧”也是目前市面上普遍采用的透霧技術。

但是總是有那么一部分用戶不滿足于對比度的提升，所以數(shù)字透霧攝像機進入了第二個階段——“算法透霧”階段，算法透霧可根據(jù)物理上霧霾的形成模型，通過局部區(qū)域灰白程度判斷霧霾的濃度，從而復原出清晰的無霧霾圖像。算法透霧能夠保留圖像的原有色彩，同時能夠在“淺透霧”的基礎上大幅提升圖像透霧效果。

基于圖像復原的方法主要有以下幾類：濾波方法、最大熵方法與圖像退化函數(shù)估計法等。濾波方法如卡爾曼濾波方法，整體而言計算量較大。最大熵法能獲得較高的分辨率但是其非線性、計算量大、數(shù)值求解困難。圖像退化函數(shù)估計法大多依據(jù)一定的物理模型（如大氣散射模型與偏振特性的透霧模型）來設計，需要在不同的時間點采集多幅圖像作為參考圖像，以便確定物理模型中的多個參數(shù)，而最終求解得到無霧狀態(tài)下的結果圖像。

透霧算法也是當前安防行業(yè)有實力的廠家透霧產品的核心競爭點。以?？低暈槔诔浞址治鐾胳F理論的優(yōu)勢與不足，并進行深入的研究探索后，海康威視結合安防監(jiān)控領域的視頻圖像透霧的特殊要求，開發(fā)了一種實時視頻透霧技術。該技術基于大氣光學原理，區(qū)分圖像不同區(qū)域景深與霧濃度進行濾波處理，獲得準確、自然的透霧圖像，稱之為“SSD算法透霧”。

實時視頻透霧處理的流程見圖4所示。其輸入為點陣格式視頻數(shù)據(jù)，輸出為經處理后的結果，與輸入視頻格式相同。由于實時視頻透霧方法能夠將細節(jié)進行有效的恢復和增強處理，因此對經過一定程度有損壓縮后的視頻也能夠起到相當?shù)男Ч?，輸入視頻數(shù)據(jù)可以是未經有損壓縮編碼處理的有霧視頻，也可以是壓縮有霧視頻的解碼圖像，相對而言，未經有損編碼處理的視頻，由于其包含的信息量更為豐富，透霧后能獲得更為理想的處理結果。

前面我們有提到透霧發(fā)展的第三個階段“光學+算法透霧”，在黑白成像的光學透霧的基礎上增加各家的透霧算法，突破極限。這種技術對于安防廠家的要求非常高，產品在設計時，就需要通過大量的實驗論證，從多種方案中選擇出最合適的濾光片、鏡頭、傳感器和特定的透霧算法組合，在保證了透霧效果的同時，需要避免出現(xiàn)圖像噪聲過大，清晰度下降的情況，從而得到一種震撼的透霧效果。

還是以?？低暈槔?，?？低曌灾餮邪l(fā)第三代“光學+算法透霧”技術：超級透霧，業(yè)界首創(chuàng)集成光學透霧、SSD透霧算法、自適應感應算法三位一體技術。超級透霧可用于多種戶外需要預防濃霧的場合，如高速公路、鐵路、航運、機場跑道等重要或事故易發(fā)區(qū)段；發(fā)電廠與電力傳輸設備、通訊基站等重點監(jiān)控區(qū)域；河道、港口、邊境、海事監(jiān)控、森林防火等觀察距離較長的監(jiān)控應用；中小學校園、城市廣場、旅游景區(qū)等。從應用的行業(yè)來看，包括交通、公安、航空、通訊、環(huán)保、水利、農林牧漁，以及邊防等。