視頻監控圖像透霧效果客觀(guān)評價(jià)方法

本文提出了一種視頻監控圖像透霧效果的評價(jià)方法，客觀(guān)地判斷視頻監控圖像的透霧是否成功。本方法首先計算圖像的有效紋理信息，然后通過(guò)比較大量透霧前后圖像紋理差別和人工打分判斷，得到量化判決體系，通過(guò)圖像的有效紋理信息來(lái)量化地判斷圖像透霧是否成功。本方法可以作為不同廠(chǎng)家透霧攝像機性能評價(jià)的標準，或是作為廠(chǎng)家產(chǎn)品設計的良好工具。

1 - 背 景

中國地域廣闊，天氣情況復雜，一些地區的室外監控經(jīng)常會(huì )受到霧氣干擾。另外由于空氣質(zhì)量問(wèn)題，很多大城市也經(jīng)常受到大霧、沙塵天氣的影響，從而導致室外監控的能見(jiàn)度降低。針對這種情況，近年來(lái)監控市場(chǎng)上出現了一些具有透霧功能的攝像機，比如?？礫1], 日立[2], 韓國Nextchip[3], 富士[4], 創(chuàng )維[5], 臺灣視惟科技[6]，等。這些新產(chǎn)品通過(guò)攝像頭前端圖像處理來(lái)達到霧去除，增強能見(jiàn)度的效果。問(wèn)題是這些產(chǎn)品圖像處理方法各異，目前的透霧效果主要通過(guò)人眼比較 (如圖1所示)，沒(méi)有一個(gè)客觀(guān)的統一標準來(lái)驗證透霧結果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種客觀(guān)量化的透霧效果評價(jià)方法。

(a)透霧前圖片 (b)普通透霧效果 (c)較好透霧效果

人眼透霧效果評估

2 – 透霧圖像紋理分析

攝像機的透霧功能可以增強圖像能見(jiàn)度，使得圖像中原來(lái)模糊的地方變得清晰。這個(gè)由模糊變清晰的過(guò)程反應了圖像紋理細節的變化。所以圖像的紋理強度可以作為評價(jià)圖像透霧效果的有效參數。

2.1 有效紋理強度

有效紋理強度的計算參考中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所姚波等提出的方法[7]。如圖2所示，首先第一步將彩色圖像轉成灰度圖像;第二步計算灰度圖像的垂直和水平邊緣;第三步將垂直和水平邊緣相加得到總邊緣;第四步根據一定的閾值將較小邊緣作為噪聲去除;第五步采用圖3所示的方法進(jìn)一步去除噪聲得到最后的有效紋理強度。

有效紋理強度計算流程圖

圖3所示的方法是為了去除圖像中由離散噪聲所造成的紋理信息，而保留由物體所帶來(lái)的紋理信息。圖像的每個(gè)像素點(diǎn)都有8個(gè)周?chē)c(diǎn)。如圖3所示，對于像素點(diǎn)5，計算參數m1 = 像素1的值 * 像素5的值 * 像素9的值;參數m2 = 像素2的值 * 像素5的值 * 像素8的值;參數m3 = 像素3的值 * 像素5的值 * 像素7的值;參數m4 = 像素4的值 * 像素5的值 * 像素6的值。如果 m1+m2+m3+m4 大于0，則點(diǎn)5被認為是物體紋理信息，否則點(diǎn)5被認為是噪聲紋理，被去除。

圖像像素噪聲去除

2.2 有效紋理強度計算結果

圖3所示，圖像透霧前有效紋理強度為1.86，透霧處理以后，有效紋理強度提升到9.23.由此可見(jiàn)有效紋理強度能夠很好的反應圖像透霧處理前后差異，可以作為圖像透霧效果客觀(guān)評價(jià)指標。

圖像透霧前后有效紋理值變化

3 – 透霧效果客觀(guān)評價(jià)體系

有效紋理強度能夠很好的反映圖像透霧前后的變化，但是還需要一項能夠量化判斷圖像透霧是否成功的客觀(guān)評價(jià)標準。所以本文提出了一種基于統計的客觀(guān)評價(jià)標準。

3.1圖像質(zhì)量打分評價(jià)體系

同一幅圖片，不同的用戶(hù)對于圖像透霧是否成功，是否清晰會(huì )有不同的評判標準，所以為了找出圖像評價(jià)的共同特性，本文采用了基于統計的評價(jià)體系。如圖5所示，對于一幅透霧圖片，同時(shí)邀請5個(gè)人對該圖片進(jìn)行評估，如果有3個(gè)或3個(gè)人以上認為這幅圖片清晰，那么這幅圖片則被認為是透霧成功，否則失敗。

圖像透霧前后有效紋理值變化

由5個(gè)人對166幅圖片數據庫進(jìn)行評估，標記出清晰和模糊的圖片。為了客觀(guān)，圖片數據庫包含了各種光照情況，霧的濃度強度變化，不同監控場(chǎng)景等。同時(shí)具有透霧前圖像和透霧后圖像。一共72組圖片，每組圖片包含一幅透霧前圖像和1到3幅透霧后的不同結果圖像。 在進(jìn)行評估打分時(shí)，隨機播放圖片，如圖六所示。

圖像透霧評估圖像隨機播放

3.2基于統計的評價(jià)標準

圖7顯示的是對72組(166幅)圖片的打分評價(jià)結果。圖中的橫坐標是圖像的組號，縱坐標是圖像的有效紋理強度，藍色點(diǎn)代表的是被人眼評價(jià)為清晰的圖片，紅色點(diǎn)是被人眼評價(jià)為模糊的圖片。由此可見(jiàn)清晰的圖片大部分集中在圖7的上半部分，具有較高的有效紋理強度值;模糊的圖片大部分集中在圖片的下半部分，具有較低的有效紋理強度值。

進(jìn)一步統計圖7中藍色點(diǎn)(清晰圖片)在每段有效紋理強度區間內分布，得到圖8結果?？梢园l(fā)現，隨著(zhù)有效紋理強度的增加，圖片被評價(jià)為清晰圖片的概率會(huì )接近于線(xiàn)性上升。所以可以將透霧圖像是否成功，是否清晰的評價(jià)和有效紋理強度的值聯(lián)系起來(lái)。本文設定透霧有效紋理強度為15，可以被評價(jià)為清晰圖片，此時(shí)正確概率超過(guò)60%。

清晰模糊圖像分布圖

圖像透霧是否清晰判斷標準

4 – 結論

本文提出了一種判斷視頻監控圖像透霧是否成功，透霧圖片是否清晰的客觀(guān)標準。當透霧圖片的有效紋理強度達到15時(shí)，則可以認為是清晰圖片。本文方法可以作為不同廠(chǎng)家透霧攝像機性能評價(jià)的參考標準，或是作為廠(chǎng)家產(chǎn)品設計的良好工具。

5 – 參考文獻

[1] ?？诞a(chǎn)品頁(yè)面: http://www.hikvision.com/cn/Press-Release-details.asp?id=2375

[2] 日立產(chǎn)品頁(yè)面: http://www.hitachi-dss.cn/products/integrated/di-sc120-c.html

[3] Nextchip產(chǎn)品頁(yè)面: http://asmag.com/suppliers/productcontent.aspx?co=nextchipid=17314

[4] Fujifilm 產(chǎn)品介紹頁(yè)面: http://detail.cn.china.cn/provide/1524143946.html

[5] 創(chuàng )維產(chǎn)品頁(yè)面: http://www.skyworth-qx.com/Products/811.htm

[6] 臺灣視惟科: http://www.seewaystech.com/en/product

[7] Yao B, Huang L, Liu C. Research on an objective method to compare the quality of defogged images[C]//Pattern Recognition, 2009. CCPR 2009. Chinese Conference on. IEEE, 2009: 1-5.