安防技匯：鏡頭透霧與視頻增強技術(shù)應用

　　鏡頭透霧技術(shù)

　　近年來(lái)，采用視頻監控設備保衛安全已經(jīng)成為了各行各業(yè)的必要手段。但是傳統的視頻監控設備無(wú)一例外的都有一個(gè)弊端，就是在夜間和霧天的監控效果十分不理想，而夜間和霧天又是案件多發(fā)時(shí)間。另外，對于距離稍遠的監控，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，有一頻率的光可以穿透霧氣，但是由于起波長(cháng)不同，所以需要在攝像機上進(jìn)行處理，以達到對其聚焦的目的,同時(shí)還需要在攝像機上進(jìn)行從新設計，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)有對應的可見(jiàn)光色彩圖，所以在監視器上呈現的圖像為黑白顏色。 透過(guò)云霧、水氣拍攝物體，相當于透過(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(guān)測距離一般限定在1公里以?xún)?，這種應用對天氣能見(jiàn)度的要求比較低，但是焦距已經(jīng)發(fā)展到750mm的今天，霧天對監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、油田監控和離海面較近的港口碼頭等遠距離監控中尤為重要。這種環(huán)境往往更容易產(chǎn)生霧氣，使24小時(shí)不間斷監控面臨新的挑戰。

　　針對這種情況，少數有設計、研發(fā)能力的廠(chǎng)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)現了成品上市。這種技術(shù)的出現，大大拓寬了視頻監控的應用范圍，并且是人類(lèi)依靠聰明智慧戰勝自然環(huán)境的又一經(jīng)典案例。市場(chǎng)上少數廠(chǎng)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)品充當透霧鏡頭來(lái)銷(xiāo)售，宣稱(chēng)具有透霧功能，是極不負責任的行為。當然，在實(shí)際測試中無(wú)法蒙混過(guò)關(guān)，最終擺脫不了被淘汰的命運，但給對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致朦朧不清的圖像變得清晰，強調圖像當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。增強后的圖像為圖像的下一步應用提供良好的條件。一般來(lái)說(shuō)增透技術(shù)有兩種：空域的和頻域的方法。但這些方法的對不同圖像的適應性還存在一些缺陷。在上個(gè)世紀70年代，美國物理學(xué)家Land等提出了Retinex圖像增強方法，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)的細節。但算法復雜，工程實(shí)現難度大，尤其是對實(shí)時(shí)視頻的實(shí)時(shí)增強，因為計算量大，導致很難實(shí)際應用。隨著(zhù)硬件性能的提高，我們終于能把這個(gè)具有普遍適應性的圖像增強算法變成實(shí)際的工程化產(chǎn)品。這是業(yè)內首次實(shí)現的Retinex算法的硬件產(chǎn)品。

　　Retinex算法是基于人類(lèi)視覺(jué)系統感知和調節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)法解釋的人眼對顏色的波長(cháng)與亮度不是特別對應的現象。Land通過(guò)大量的實(shí)驗證明我提的表面顏色不會(huì )因為光照條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)應當去除光照強度，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到的動(dòng)態(tài)范圍，物體反射屬性決定了圖像的內在性質(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)。

　　現在多部分的視頻增強器只是采用基于全局的Retinex圖像增強算法通過(guò)在對數域內計算相鄰像素點(diǎn)灰度值之間的比值從而得到相鄰像素點(diǎn)之間的相對明暗關(guān)系，繼而通過(guò)該明暗關(guān)系對原像素點(diǎn)灰度值進(jìn)行校正，最后再對校正后的像素點(diǎn)灰度值進(jìn)行線(xiàn)性拉伸，得到增強的圖像。所以得到的增強圖像對比度不高。而CASEVision VE9901視頻增強器采用先進(jìn)的多尺度Retinex圖像增強算法，具有較強的普適性。同時(shí)提供優(yōu)化的對數直方圖均衡處理和多種噪聲濾波算法。 它基于DSP的嵌入式硬件結構，具有尺寸小、功耗低、高性能的優(yōu)點(diǎn)。 且實(shí)時(shí)對圖像處理，自動(dòng)適應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)，它還支持全屏增強和局部窗口增強，局部增強窗口大小和位置可動(dòng)態(tài)調整。