視頻監控算法去霧 讓“真相”盡在咫尺？

DFG算法在IPC端實(shí)時(shí)實(shí)現，無(wú)需增加任何成本，其大大提高了在霧霾天氣下的安防監控品質(zhì)。我們相信在霧霾籠罩的天氣下，使用DFG算法的IPC依然能夠實(shí)施安防監控；該技術(shù)在大氣透射模型的基礎上融合了圖像增強技術(shù)，能夠取得較為理想的圖像效果。

近年來(lái)，由于空氣質(zhì)量惡化，我國的霧霾現象出現增多且危害加重。尤其是從去年起，“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。在霧霾天氣中的視頻監控設備主要會(huì )受到以下三個(gè)方面的影響：

1、反射光受到大氣粒子的散射產(chǎn)生衰減，造成對比度退化；

2、部分粒徑較大的大氣粒子會(huì )遮光，導致圖像細節丟失；

3、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、對比度降低及色調偏移。

戶(hù)外景物圖像的對比度和顏色都會(huì )被改變或退化，使得圖像中蘊含的許多特征被覆蓋或變得模糊，導致視頻監控產(chǎn)品不能采集到清晰的現場(chǎng)圖像，對平安城市建設及各類(lèi)場(chǎng)所安全防范的實(shí)施和管理產(chǎn)生嚴重影響。因此安防對能夠具有實(shí)時(shí)去霧功能的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機提出了需求。

DFG去霧算法能效初顯

攝像機的去霧技術(shù)可以分為物理去霧和數字去霧兩種。物理去霧即光學(xué)透霧主要由攝像機鏡頭實(shí)現，高清透霧鏡頭一般業(yè)內在大電動(dòng)變倍鏡頭上才實(shí)現，價(jià)格昂貴，一般應用于港口、森林高點(diǎn)等場(chǎng)景。

數字去霧則是在攝像機或后端軟件上實(shí)現，是一種基于人類(lèi)視覺(jué)感知模型設計的后端圖像復原技術(shù)，具有低成本、易部署等特點(diǎn)，適合廣泛地推廣應用于城市監控中。

上海某安防整體解決方案提供商，開(kāi)發(fā)出了一套便于嵌入式系統實(shí)現的DFG去霧算法，可以實(shí)時(shí)快速地實(shí)現去霧取景效果。該技術(shù)在大氣透射模型的基礎上融合了圖像增強技術(shù)，能夠取得較為理想的圖像效果，并且已經(jīng)實(shí)現產(chǎn)品化。

在圖像去霧這個(gè)領(lǐng)域，幾乎沒(méi)有人不知道《Single.Image.Haze.Removal.Using.Dark.Channel.Prior》這篇文章。該文從2009年CVPR計算機視覺(jué)與模式識別會(huì )議上的近1500篇投稿中脫穎而出，成為這個(gè)計算機視覺(jué)領(lǐng)域最頂尖國際會(huì )議的最佳論文。在這篇論文里，作者找到了一個(gè)非常簡(jiǎn)單但又令人驚訝的統計規律，并提出了有效的去霧方法——基于暗通道的去霧算法。

由于霧靄總是灰白色的，因此一旦圖像受到霧靄的影響，那么那些本來(lái)很暗的物體就會(huì )變得灰白。而且根據物理上霧靄的形成公式，還能根據這些物體的灰白程度來(lái)判斷霧靄的濃度。所以基于暗通道的算法能有效地消除霧靄產(chǎn)生的影響，還原真實(shí)視像。

近年來(lái)，去霧算法論文幾乎都是根據這一篇論文的理論進(jìn)行研究。業(yè)內也有安防廠(chǎng)家在該原理的基礎上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)DFG去霧算法，其更加注重實(shí)時(shí)性和實(shí)效性，并且能夠在嵌入式端實(shí)現。

在計算機視覺(jué)領(lǐng)域里，人們用下述方程式來(lái)描述霧霾天氣對圖像造成的影響。

I(x)=.J(x)t(x).+.A(1？t(x)).(1)

其中I是指觀(guān)測到的有霧圖像，J是待恢復的無(wú)霧圖像，A是全球大氣光成分，t用來(lái)描述光線(xiàn)通過(guò)媒介透射到照相機過(guò)程中沒(méi)有被散射的部分。

令L(x)=A(1-t(x))，稱(chēng)為環(huán)境光。模型則變?yōu)椋?

I(x)=.J(x)(1-L(x)/A)+.L(x)...(2)

J(x)=(I(x)-L(x))/(1-L(x)/A)...(3)

去霧就是從觀(guān)測到的I(x)中估計出L(x)和A，進(jìn)而恢復出J(x)。

把灰白的霧靄去除后，圖像都會(huì )顯得比較暗，而且對比度和飽和度也比正常場(chǎng)景下也低了很多。所以圖像恢復后，算法需要根據霧靄的濃度，再進(jìn)行一次對比度和飽和度的調節。

DFG算法優(yōu)點(diǎn)

1、色彩還原性好，沒(méi)有局部直方圖均衡算法容易出現的色彩不真實(shí)和光暈現象；

2、實(shí)時(shí)性好，保證1080P的30fps，效果與獲得CVPR最佳論文的去霧算法接近，但運算量要小很多，增強了圖像的實(shí)時(shí)性；

3、細節和邊緣保留良好，通透性強。例如圖中的繩子和文字都能夠清晰顯示，圖像也比較通透；

4、圖像不會(huì )變暗。普通算法把白色的霧除去后，往往會(huì )造成整個(gè)圖像偏暗，影響視覺(jué)效果。但DFG算法則可以根據環(huán)境情況實(shí)現亮度智能提升，有效改善偏暗現象；

5、適用性強，設備打開(kāi)去霧功能時(shí)，會(huì )自動(dòng)探測有沒(méi)有霧以及霧的濃度，所以也不會(huì )改變無(wú)霧時(shí)的圖象色調，而且在有霧時(shí)根據霧的濃度提升對比度和飽和度，改善圖像的視覺(jué)品質(zhì)。

結語(yǔ)

DFG算法在IPC端實(shí)時(shí)實(shí)現，無(wú)需增加任何成本，其大大提高了在霧霾天氣下的安防監控品質(zhì)。我們相信在霧靄籠罩的天氣下，使用DFG算法的IPC依然能夠實(shí)施安防監控，在維護社會(huì )穩定、保障社會(huì )正常秩序、構建和諧社會(huì )中發(fā)揮重要作用。