監測識別報警型是DSP攝像機的發(fā)展方向

隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視頻監控系統也向智能化發(fā)展，而監控用的攝像機也必須智能化。DSP攝像機有普通型與智能型，以往的DSP智能攝像機主要是提高圖像質(zhì)量型。本文主要介紹DSP智能攝像機的工作原理，過(guò)去的提高圖像質(zhì)量型與現在需要的檢測識別報警型DSP攝像機的智能化功能，檢測識別報警型DSP攝像機在現代平安城市建設中的作用，以及DSP智能攝像機必須由提高圖像質(zhì)量型向檢測識別報警型發(fā)展。

DSP(DigitalSignalProcessing)即數字信號處理，它是利用數字計算機或專(zhuān)用數字信號處理設備，以數值計算的方法對信號進(jìn)行采集、變換、綜合、估值、識別等加工處理，借以達到提取有用信息、便于應用的目的。

由于有了DSP功能的芯片出現，所以近些年才出現了DSP的新型攝像機。這種攝像機的主要特點(diǎn)就是：在攝像機內部的電路采用了大規模數字信號處理集成電路(DSPLSI)，并且由微處理器對系統的狀態(tài)進(jìn)行檢測與控制，因此其穩定性、可靠性、一致性等都大大提高。DSP芯片是一種特殊的微處理器，就是根據數字信號處理理論的數學(xué)模型和算法，設計出專(zhuān)門(mén)的數字信號微處理器芯片。計算程序全部“硬化”，數字濾波器所需要的其他設備也全部集成、硬化，比如加法器、存儲器、控制器、輸入/輸出接口，甚至其他類(lèi)型的外部設備等。許多在模擬信號處理器中無(wú)法進(jìn)行的工作，都可以在數字處理中進(jìn)行，如二維數字濾波、數字動(dòng)態(tài)圖像檢測、數字背景光補償、膚色輪廓校正、細節補償頻率調節、準確的彩色矩陣、精確的γ校正、自動(dòng)聚焦等。因此，有了DSP的攝像機，可大大提高圖像的質(zhì)量。

此外，通過(guò)數字設定，可進(jìn)行畫(huà)面格式變換，還可均衡調節各參數值，把攝像機之間的差別縮減到最小。DSP彩色攝像機，還能方便地輸出亮度信號與色度信號分離的視頻信號(簡(jiǎn)稱(chēng)Y/C信號或S-Video信號)。DSP技術(shù)不僅使攝像機在性能上獲得優(yōu)勢，而且縮小了體積，節省了零件及裝配時(shí)間，從而降低了成本。

一、DSP智能攝像機的工作原理

DSP攝像機的工作原理中，亮度/色度處理、編碼同步發(fā)生器及CCD驅動(dòng)等部分電路均采用了數字信號處理技術(shù)，它們都由微處理器執行中心控制。雖然，由于A(yíng)GC和γ校正電路是在A(yíng)/D轉換之前，仍為模擬處理，但它們的控制電壓和補償信號是根據數字部分檢測決定的，因而仍然可以調節得很精確。

亮度/色度處理部分，需要微處理器對數字信號的數據進(jìn)行檢測處理控制，以測量出信號峰值、平均值、差值等信息，并將這些測量結果經(jīng)微處理器的運算處理，形成各種控制信號。如其中需要采用二維數字梳妝濾波(2-DementionalDigitalCombFilter)處理技術(shù)，用它可以減小亮度信號對色度信號的串擾，并最大限度地保留亮度信號高頻成分，從而進(jìn)一步改善圖像質(zhì)量。

關(guān)于檢測識別預/報警型的智能化功能，主要是通過(guò)智能化軟件固化在DSP中。通過(guò)所監控的圖像檢測，如得到所需的信息就去進(jìn)行識別處理判斷，以驅動(dòng)預/報警而阻止犯罪。

二、提高圖像質(zhì)量型DSP攝像機的智能化功能

該類(lèi)DSP攝像機在提高圖像效果的同時(shí)，而具有智能的特色。因為相對于模擬攝像機來(lái)說(shuō)，數字信號處理攝像機能方便地使用一些改善圖像質(zhì)量的新技術(shù)。因為通過(guò)數字信號處理技術(shù)，可以獲得許多模擬信號處理難以實(shí)現的效果。下面主要簡(jiǎn)介一下提高圖像效果的智能型DSP彩色CCD攝像機中所采用的數字2H增強技術(shù)、數字拐點(diǎn)技術(shù)、智能數字背景光補償、數字自動(dòng)跟蹤白平衡、數字動(dòng)態(tài)展寬、自動(dòng)聚焦、電子靈敏度增強、數字降噪及屏幕菜單顯示等智能功能。

1、數字2H增強技術(shù)

采用數字2H增強技術(shù)，可以有效地增強視頻信號的水平和垂直邊緣，從而獲得邊緣分明的清晰圖像。

在采用了2H增強信號與視頻信號合成后，就可使視頻信號的邊緣部分得到增強。

2、數字拐點(diǎn)技術(shù)

數字拐點(diǎn)技術(shù)可以有效地擴展視頻信號的動(dòng)態(tài)范圍，這樣在拍攝高亮度景物時(shí)，不致于使圖像的高光部分被白色完全淹沒(méi)。圖3為數字拐點(diǎn)技術(shù)示意圖。

用模擬攝像機拍攝高亮度景物時(shí)，其圖像的高光部分就被白色完全淹沒(méi)。通過(guò)數字攝像機的數字拐點(diǎn)技術(shù)，可對圖像高光部分進(jìn)行壓縮，從而使這部分的圖像細節能夠顯現出來(lái)。

3、智能數字背景光補償(IntelligentDigitalBack-lightCompinsation)

背景光補償也即逆光補償。在松下的一些CCD攝像機中，均采用了自適應型的智能數字背景光補償技術(shù)。這種技術(shù)與常規的逆光補償技術(shù)相比，這里采用了數字檢測與數字運算技術(shù)，因而可獲得很好的逆光補償效果。

智能數字背景光補償的原理是：將攝像機攝取的整幅畫(huà)面平均分成48個(gè)(即8×6塊)正方形的小處理區域(如臺灣敏通公司的M88DSP處理器就是這樣)，并對每一個(gè)小塊的平均亮度進(jìn)行檢測，如果這些小塊的平均亮度差別過(guò)大，則通過(guò)先進(jìn)的算法縮小這些小塊的亮度差，使過(guò)暗的景物能夠較為清晰地重現，而又不致于使圖像亮部區域出現過(guò)載。因此，采用這種智能化的數字檢測技術(shù)，即使是很小的、薄的或是不在畫(huà)面中心區域的景物，也能夠清晰地在畫(huà)面上呈現出來(lái)。

4、數字自動(dòng)跟蹤白平衡(DigitalAutoTracingWhiteBalance)

數字自動(dòng)跟蹤白平衡技術(shù)能夠自動(dòng)跟蹤畫(huà)面上的白色，對系統進(jìn)行白平衡調整，因而它能夠明顯改善彩色圖像的重現效果。

數字自動(dòng)跟蹤白平衡的原理與上述的智能背景光補償技術(shù)類(lèi)似，它也是將攝像機攝取的一整幅畫(huà)面平均分成48個(gè)小塊，并檢測這些小塊中是否有白色，即使畫(huà)面上有很小的一塊白色，攝像機也能夠自動(dòng)跟蹤它，并以它作為基準對系統的白平衡進(jìn)行調整(有關(guān)白平衡的定義及調整在本人編著(zhù)的《電視監控技術(shù)》一書(shū)第二章中有詳細說(shuō)明)，使重現的圖像絢麗多彩。如松下等彩色攝像機，就采用了上述的數字自動(dòng)跟蹤白平衡的技術(shù)。

5、數字動(dòng)態(tài)展寬(DigitalWideDynamicRange)

一般攝像機攝取寬動(dòng)態(tài)范圍的場(chǎng)景時(shí)，畫(huà)面上可能會(huì )同時(shí)出現明亮區域及灰暗區域。如明亮區域顯示合適時(shí)，灰暗區域則可能過(guò)于黑暗;反之，當灰暗區域顯示合適時(shí)，明亮區域則可能亮得過(guò)載。數字動(dòng)態(tài)展寬技術(shù)可有效縮小寬動(dòng)態(tài)范圍圖像的亮暗差別，使兩個(gè)區域的圖像同時(shí)在監視器屏幕上清晰地顯示出來(lái)。

數字動(dòng)態(tài)展寬技術(shù)的基本原理是，采用雙速CCD圖像傳感器，能在同一時(shí)間內對攝取的場(chǎng)景分別進(jìn)行長(cháng)短不同時(shí)間的曝光，將此信號輸入專(zhuān)用的圖像處理集成電路中，通過(guò)變換、合成、校正等處理而輸出擴展了40倍動(dòng)態(tài)范圍的清晰圖像。如松下WV-CP460系列DSP攝像機中，采用了兩組AGC電路及一些增強與降噪等處理技術(shù)，使攝像機的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)一步地從第一代的40倍增加到80倍，即“超動(dòng)態(tài)二代(SuperDynamicⅡ)”。

有關(guān)數字動(dòng)態(tài)展寬較詳細的原理，可參閱本人編著(zhù)的《電視監控技術(shù)》一書(shū)第二章第六節中的超高動(dòng)態(tài)CCD攝像機。

6、數字自動(dòng)聚焦(DigitalSelf-regulationFocus)

在快速球與設置在云臺上的一體化攝像機中，一般都需要自動(dòng)調焦系統。尤其在高速球中使用時(shí)，其自動(dòng)聚焦的速度最好不超過(guò)1秒，當監控場(chǎng)景的距離相差太大而超過(guò)景深范圍時(shí)，尤為需要。因此，快速地自動(dòng)聚焦的軟件算法的選擇與光圈等的控制配合就非常重要。

自動(dòng)聚焦的方法很多，有測距法、聚焦檢測法與圖像處理法三類(lèi)。目前一體化攝像機中大多采用圖像處理法，需了解自動(dòng)聚焦詳情，可參閱本人編著(zhù)的《電視監控技術(shù)》一書(shū)第一章第三節以及《安全與光電》論文集中“論各類(lèi)自動(dòng)調焦技術(shù)及其優(yōu)劣”一文，這里就不敘述了。

7、電子靈敏度增強(ElectronicSensitivityUp)及數字降噪(DigitalNoiseReduction)

一般，普通攝像機的AGC打開(kāi)時(shí)，雖可以提高其感光的靈敏度，但干擾噪聲也相應放大，從而使監視器屏幕上顯示的圖像充滿(mǎn)雜亂的噪點(diǎn)。而采用電子靈敏度增強及數字降噪技術(shù)，可使重現的圖像清晰可辨。如松下的WV-CP610彩色攝像機中，在使用電子靈敏度增強及AGC技術(shù)提高其靈敏度的同時(shí)，還應用數字降噪技術(shù)降低其圖像的噪點(diǎn)。它不僅可使攝像機的靈敏度提高32倍，還能提高重現的圖像的質(zhì)量。

數字降噪方法不少，如由幀間積分平均器組成的數字式雜波降低器已有商品出售，其最大信噪比的改善可達15dB，其降噪原理在本人編著(zhù)的《電視監控技術(shù)》一書(shū)第十一章中有詳細敘述。

8、屏幕菜單顯示(On-ScreenDisplay簡(jiǎn)稱(chēng)OSD)

由于新型的DSP攝像機的功能不斷增多，而這些功能又必須通過(guò)設定(Setup)才能奏效，因此通過(guò)監視器屏幕上的菜單顯示，對攝像機的工作狀態(tài)進(jìn)行設定，可以為使用者帶來(lái)極大的方便。如松下的和LG-Honeywell的一些攝像機大都具備這種屏幕菜單顯示的功能。

新型的DSP攝像機的參數的設定，可配合專(zhuān)用的中心端控制設備，通過(guò)單同軸電纜(對松下系列攝像機)或RS485/RS232通訊線(xiàn)(對其他品牌攝像機)等傳到前端的攝像機，從而使其工作在所設定的狀態(tài)。

一般，新型的DSP攝像機除了OSD功能外，還內置可以獨立設定的ID識別碼，這對于具有數十臺甚至數百臺攝像機的大型電視監控系統來(lái)說(shuō)，顯得尤為重要。

松下公司的WV-CP610系列攝像機的屏幕菜單設置流程圖，如圖4所示。由該圖可見(jiàn)，攝像機的ID碼、ALC/ELC、背景光補償、電子快門(mén)速度、自動(dòng)增益控制、電子靈敏度增強級數、同步方式、白平衡、數字動(dòng)態(tài)展寬、數字運動(dòng)檢測、數字降噪以及色彩、基準電平、孔徑電平等參數，均可以通過(guò)屏幕菜單進(jìn)行調整。

上述調整過(guò)程除了可通過(guò)WV-CP610攝像機后面板上的5個(gè)按鈕(WV-CP654的5個(gè)按鈕在攝像機機身側面的蓋板內)來(lái)完成外，還可通過(guò)中心端的攝像機遙控器WV-RM70來(lái)完成。這里，WV-RM70與WV-CP610的通訊并不需額外的連接線(xiàn)，而是直接通過(guò)視頻同軸電纜以多工方式來(lái)實(shí)現。WV-RM70還可以進(jìn)一步通過(guò)其RS-485接口與普通的PC計算機相連，從而也可通過(guò)計算機對系統進(jìn)行設置。

三、檢測識別報警型DSP攝像機的智能化功能

要想使視頻監控技術(shù)智能化，必須使攝像機或系統盡可能多地嵌入智能化功能，下面列舉一些可以嵌入的智能化功能：

1、視頻移動(dòng)探測、跟蹤與預/報警

視頻移動(dòng)檢測是對運動(dòng)的物體進(jìn)行及時(shí)的檢測和跟蹤，因此運動(dòng)檢測是指在指定區域能識別圖像的變化，檢測運動(dòng)物體的存在并避免由光線(xiàn)變化帶來(lái)的干擾。在如雨雪、大霧、大風(fēng)等復雜的天氣環(huán)境中，要能精確地探測和識別單個(gè)物體或多個(gè)物體的運動(dòng)情況，包括其運動(dòng)方向、運動(dòng)特征等。

視頻移動(dòng)檢測技術(shù)的原理，也是多將攝像機攝取的一整幅畫(huà)面平均分成48個(gè)小塊，并連續檢測每一個(gè)小塊的圖像變化。一旦檢測到有運動(dòng)物體，該攝像機即可通過(guò)視頻電纜將報警信息回傳到中心端，并啟動(dòng)錄像機等相關(guān)視頻設備。并且，要能根據物體的運動(dòng)情況，自動(dòng)發(fā)送PTZ控制指令，使攝像機能夠自動(dòng)跟蹤物體。如物體超出該攝像機監控范圍之后，能自動(dòng)通知物體所在區域的攝像機繼續進(jìn)行追蹤。

在這種工作方式下，要求移動(dòng)物體的尺寸必須占據圖像面積的2%以上，即物體必須占據48個(gè)小區域中的1個(gè)場(chǎng)景區域以上。此外，要求背景和移動(dòng)物體之間的對比度也必須超過(guò)5%，移動(dòng)物體從圖像的一端到另一端的最小移動(dòng)速度為0.1s。

2、人的面像識別、跟蹤與預/報警

人的面像識別，不像指紋識別與眼虹膜識別等需要人的配合，它可以在離攝像頭有相當遠的距離內在人群中識別出特定的個(gè)體。這種面像識別系統，可以在機場(chǎng)、火車(chē)站、體育場(chǎng)館等安防應用場(chǎng)景中發(fā)揮很大的作用。如追捕通輯逃犯，可通過(guò)與數據庫檔案中的面像特征進(jìn)行比較，來(lái)識別或驗證是否逃犯的身份。

在識別出該逃犯后，立即預/報警，并跟蹤鎖定其面部，直到被公安人員抓捕，解除警報為止。

3、人的步態(tài)識別、跟蹤與預/報警

人的步態(tài)識別，更適合于智能視頻監控的應用，因為它比面像識別的距離更遠，并且人在任何方向走均可識別，即使背對著(zhù)攝像頭也可。如追捕通輯逃犯，可通過(guò)與數據庫檔案中的步態(tài)特征進(jìn)行比較，來(lái)識別或驗證是否逃犯的身份。

在識別出該逃犯后，立即預/報警，并跟蹤鎖定其腿部，直到被公安人員抓捕，解除警報為止。

4、人的聲音識別、跟蹤與預/報警

人的聲音識別，是通過(guò)所監聽(tīng)場(chǎng)景中的聲音，記錄與識別出特定的個(gè)體。如追捕通輯逃犯，可通過(guò)與數據庫檔案中的聲音特征進(jìn)行比較，來(lái)識別或驗證是否逃犯的身份。

在識別出該逃犯后，立即預/報警，并跟蹤鎖定其聲音，直到被公安人員抓捕，解除警報為止。

5、人與物的異常行為及非法滯留的識別、跟蹤與預/報警

這是通過(guò)檢測圖像序列人與物的異常行為，如檢測到人翻越院墻、欄桿，汽車(chē)開(kāi)進(jìn)綠化草地、逆行等，即鎖定跟蹤與預/報警。
當人或箱子、包裹、車(chē)輛等物體，在敏感區域停留的時(shí)間過(guò)長(cháng)(如放置爆炸物等)，或超過(guò)了預定義的時(shí)間長(cháng)度就產(chǎn)生報警。其典型的應用場(chǎng)景包括機場(chǎng)、火車(chē)站、地鐵站等重要領(lǐng)域。

該項智能化功能，能事先排出爆炸物，制止打架、斗毆、搶劫與綁架等犯罪行為，即使來(lái)不及制止也能盡快破案。

6、人群及其注意力檢測控制、識別與預/報警

該項智能化功能，能識別人群的整體運動(dòng)特征，包括速度、方向等，用以避免形成擁塞，或者及時(shí)發(fā)現可能有打群架等異常情況。其典型的應用場(chǎng)景包括超級市場(chǎng)、火車(chē)站、娛樂(lè )場(chǎng)所等人員聚集的地方。

此外，還可統計人們在某物體前面停留的時(shí)間。據此還可以用來(lái)評估新產(chǎn)品或新促銷(xiāo)策略的吸引力，也可以用來(lái)計算為顧客提供服務(wù)所用的時(shí)間等。

7、車(chē)輛的視頻檢測及異常行為的識別、跟蹤與預/報警

該項智能化功能，能識別車(chē)輛的形狀、顏色、類(lèi)型、車(chē)牌號碼等特征，并反饋給監控者。此類(lèi)應用可以用在被盜車(chē)輛追蹤等場(chǎng)景中。尤其能用于在高速公路或環(huán)線(xiàn)公路上監視交通情況。如統計通過(guò)的車(chē)輛數、平均車(chē)速、是否有非法?？?、是否有故障車(chē)輛等。

8、平安城市交通擁堵檢測及自動(dòng)疏導系統

該項智能化功能，能檢測交通擁堵，并在十字路口自適應控制紅綠燈的轉換時(shí)間等，并通過(guò)交通信息牌和無(wú)線(xiàn)臺對交通進(jìn)行自動(dòng)疏導。

9、出入口人數統計系統

該項智能化功能，能夠通過(guò)視頻監控設備對監控畫(huà)面的分析，自動(dòng)統計計算穿越重要部門(mén)、重要出入口或指定區域的人或物體的數量。

該一智能化功能的應用，還可在服務(wù)、零售等行業(yè)用來(lái)協(xié)助管理者分析營(yíng)業(yè)情況，或提高服務(wù)質(zhì)量。如為業(yè)主計算某天光顧其店鋪的顧客數量等。

10、平安城市火災的探測、跟蹤與預/報警

該項智能化功能，是通過(guò)攝像頭探測到一定的煙霧與火苗的情況，能及時(shí)預/報警，使消防隊盡快趕到現場(chǎng)，以便即時(shí)撲滅火患。

上述10條智能化功能，可固化在不同的DSP模塊中，并根據平安城市不同監控場(chǎng)景的需要，而嵌入所需的攝像機，或者視頻服務(wù)器和DVR上。因此，利用檢測識別報警型DSP智能攝像機，能取代監控任務(wù)中人的大部分工作，是新一代的具有高度智能的監控技術(shù)的需要。