2015年3月初,央視原著名節目(mu)主持人(ren)柴靜的(de)紀錄片《穹頂之(zhi)下(xia)》一夜之(zhi)間在各大網站(zhan)轉(zhuan)載(zai),對抗霧霾(mai)似乎成了一場(chang)全民對抗的(de)戰爭,而(er)霧霾(mai)一詞再次成了各大新聞媒體的(de)頭條。記得2013 年,“霧霾(mai)”成為年度關鍵詞。這一年的(de)1 月,4 次霧霾(mai)過程籠罩30個(ge)省(區、市),在北京,僅有5 天(tian)不是霧霾(mai)天(tian)。
霧(wu)(wu)霾天氣(qi)中(zhong)(zhong)如何能通(tong)過視(shi)頻監(jian)控仍然(ran)能得(de)(de)到(dao)清晰的(de)(de)(de)監(jian)控畫面,這對(dui)于安防廠(chang)商來(lai)(lai)說是一(yi)個考驗(yan),然(ran)而人類從來(lai)(lai)不(bu)缺乏(fa)對(dui)抗惡劣天氣(qi)的(de)(de)(de)智慧,透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)方(fang)(fang)案由來(lai)(lai)已久。早(zao)期在(zai)森林、港(gang)口、碼(ma)頭(tou)等區域,在(zai)清晨(chen)或(huo)傍晚容易(yi)形成(cheng)(cheng)霧(wu)(wu)氣(qi),普通(tong)攝(she)像機(ji)一(yi)般(ban)都配有專門的(de)(de)(de)透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)鏡頭(tou)來(lai)(lai)實現(xian)透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu),這種方(fang)(fang)案已經比較成(cheng)(cheng)熟,但并未在(zai)如今的(de)(de)(de)霧(wu)(wu)霾環境中(zhong)(zhong)得(de)(de)到(dao)大范圍應(ying)用,主要原因(yin)是鏡頭(tou)的(de)(de)(de)高(gao)成(cheng)(cheng)本讓很多用戶(hu)望而卻步;而現(xian)在(zai)的(de)(de)(de)透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)攝(she)像機(ji),自(zi)身(shen)集成(cheng)(cheng)透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)功能,即使是在(zai)霧(wu)(wu)霾天氣(qi)中(zhong)(zhong),不(bu)需要其他設備(bei)配合,依然(ran)能夠(gou)穿透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)霾干(gan)擾(rao),讓攝(she)像機(ji)獲得(de)(de)良好的(de)(de)(de)監(jian)控效果,不(bu)會(hui)影(ying)響監(jian)控距離和圖像清晰度,所以其應(ying)用領域越(yue)來(lai)(lai)越(yue)廣。一(yi)般(ban)而言,透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)攝(she)像機(ji)采用的(de)(de)(de)技術分(fen)為電子透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)(亦稱(cheng)數字透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu))和光學透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu)(亦稱(cheng)物理透(tou)(tou)(tou)霧(wu)(wu))兩種。
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霧霾對攝像機成像影響示意圖
彰顯人類智慧:透霧技術分析
電子透霧是基于人類視覺感知模型設計的后端圖像復原技術,通過ISP 算法來修復畫面、消除霧感,達到畫面更通透的視覺效果;光學透霧利用近紅外光成像,由于近紅外光波長較長,在傳播時受大氣粒子干擾較小,能穿透霧霾,從而呈現清晰的圖像細節。
那么電子(zi)透(tou)霧和光學透(tou)霧這兩者之間又(you)有什(shen)么區別,各有什(shen)么優劣勢呢(ni)?
電子透霧
電(dian)子透霧(wu)(wu)采用的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)可(ke)見光成(cheng)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),并通過(guo)(guo)ISP 算法(fa)(fa)來修復畫面,目前ISP 算法(fa)(fa)主要分(fen)為兩大類:圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)增強透霧(wu)(wu)技(ji)(ji)術(shu)和圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)復原(yuan)透霧(wu)(wu)技(ji)(ji)術(shu)。圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)增強透霧(wu)(wu)技(ji)(ji)術(shu)不(bu)考慮圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)降(jiang)質(zhi)原(yuan)因(yin),適用范圍廣,能有效地提高霧(wu)(wu)天圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)對比度,改善(shan)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)視(shi)覺效果,但(dan)會產生更多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)噪聲(sheng),甚(shen)至造成(cheng)更多(duo)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)細(xi)節的(de)(de)(de)(de)(de)損失。圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)復原(yuan)透霧(wu)(wu)技(ji)(ji)術(shu)是(shi)(shi)研究霧(wu)(wu)天圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)降(jiang)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)物理過(guo)(guo)程(cheng),并建立退化(hua)(hua)模型(xing),反(fan)演退化(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng),補償退化(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)失真,以便獲得原(yuan)始圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)最優估計值,從(cong)而改善(shan)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量,這種方法(fa)(fa)針對性強,得到的(de)(de)(de)(de)(de)去霧(wu)(wu)效果自然,處(chu)理的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵點及難(nan)點是(shi)(shi)模型(xing)中參(can)數的(de)(de)(de)(de)(de)估計。
從電子透霧的算法解釋中可以看出其優勢在于:1、畫(hua)面色彩得(de)以(yi)保留,2、不(bu)會增加額外硬件成本。但電(dian)子(zi)透(tou)霧的(de)(de)(de)(de)劣勢也很明顯,首先由于可見光穿透(tou)能(neng)力(li)弱(ruo),在(zai)遇到水汽、灰塵阻(zu)隔時(shi)會造成較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)散(san)射,導致部分信息(xi)丟失,此時(shi)即使通過(guo)算(suan)(suan)(suan)法修(xiu)復(fu)畫(hua)面、消除霧感,也無法對丟失的(de)(de)(de)(de)信息(xi)“從無到有(you)(you)”進行恢(hui)復(fu);此外,電(dian)子(zi)透(tou)霧基(ji)于不(bu)同的(de)(de)(de)(de)算(suan)(suan)(suan)法透(tou)霧效果(guo)各有(you)(you)不(bu)同,簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)算(suan)(suan)(suan)法在(zai)圖像還原(yuan)效果(guo)上有(you)(you)局(ju)限性(xing),而(er)(er)復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)算(suan)(suan)(suan)法對硬件性(xing)能(neng)提出(chu)了更高的(de)(de)(de)(de)要求,而(er)(er)且就(jiu)目前的(de)(de)(de)(de)圖像還原(yuan)技(ji)術整體水平而(er)(er)言(yan),電(dian)子(zi)透(tou)霧只(zhi)能(neng)應用在(zai)一般的(de)(de)(de)(de)霧氣環境(jing)中,一旦霧霾濃(nong)度提升(sheng),電(dian)子(zi)透(tou)霧的(de)(de)(de)(de)效果(guo)就(jiu)會大(da)大(da)降低。
光學透霧
自(zi)然光由(you)波(bo)(bo)長不同(tong)的光波(bo)(bo)組合而成,人眼可(ke)見范(fan)圍大致為390nm-780nm,稱為可(ke)見光,而波(bo)(bo)長小(xiao)于(yu)(yu)390nm 的叫(jiao)做紫外光,波(bo)(bo)長大于(yu)(yu)780nm 的叫(jiao)做紅(hong)外光。不同(tong)波(bo)(bo)段的光因為波(bo)(bo)長的不同(tong)具有(you)不同(tong)的特(te)性,一般紅(hong)外光由(you)于(yu)(yu)擁有(you)較長的波(bo)(bo)長,在(zai)傳(chuan)播時(shi)受大氣粒子干(gan)擾影響較小(xiao),可(ke)穿透一定(ding)濃度的霧(wu)霾煙塵,攝像機可(ke)以利用這(zhe)部分光線來實(shi)現穿透霧(wu)霾的監控。這(zhe)就是(shi)光學(xue)透霧(wu)的原理。
從原理可知光學透霧的優勢在于紅外光穿透能力強,不會損失監控主體的細節,圖像更清晰。但其劣勢也存在:1、由(you)于紅(hong)外(wai)光沒有對應(ying)的可(ke)見光色彩圖(tu),所(suo)以在監視器上呈現的圖(tu)像為黑(hei)白顏色,所(suo)以不適用于必須需要彩色圖(tu)像的場(chang)所(suo);2、光學透霧(wu)(wu)的重點在于截(jie)取近紅(hong)外(wai)光成像,而這部分工(gong)作大都由(you)鏡頭完成,而透霧(wu)(wu)鏡頭價格昂貴,過(guo)高的成本大大限制了光學透霧(wu)(wu)在實際項目中的大規模應(ying)用。
解決普通透霧技術不足:宇視全新雙透霧技術
為解決普通透(tou)霧(wu)技(ji)術的不足(zu),宇視(shi)通過對各種波段光線透(tou)霧(wu)性能的細(xi)致(zhi)研究,并分(fen)析在不同濃度霧(wu)霾下測試采集的大量(liang)試驗(yan)數(shu)據,最(zui)終結合(he)監控透(tou)霧(wu)應用(yong)需求,宇視(shi)全新研制出(chu)內置光學(xue)透(tou)霧(wu)+ 電(dian)子(zi)透(tou)霧(wu)的雙透(tou)霧(wu)功(gong)能網絡攝像機(ji)HIC5600 系(xi)列。
在(zai)近距(ju)離(li)或一般霧(wu)氣環境(jing)中,該系列攝(she)像機通(tong)過開啟電子透(tou)(tou)霧(wu)消除(chu)霧(wu)感,獲得(de)(de)清(qing)晰(xi)、通(tong)透(tou)(tou)的彩色(se)圖像;一旦霧(wu)霾影響嚴重(zhong)時(shi),開啟光(guang)(guang)(guang)學透(tou)(tou)霧(wu),即使(shi)只配備了(le)普通(tong)鏡頭(tou),依然能(neng)實(shi)現(xian)清(qing)晰(xi)的光(guang)(guang)(guang)學透(tou)(tou)霧(wu)效果,不會丟失任何細(xi)節(jie),并(bing)且由于(yu)內置光(guang)(guang)(guang)學透(tou)(tou)霧(wu)組件,相較于(yu)傳(chuan)統的光(guang)(guang)(guang)學透(tou)(tou)霧(wu)鏡頭(tou)方案大大降低了(le)成本,可以在(zai)平安城市等(deng)行業中大規模推(tui)廣應用。由于(yu)可見光(guang)(guang)(guang)和紅外光(guang)(guang)(guang)聚焦面不一致(zhi),所以該系列透(tou)(tou)霧(wu)攝(she)像機還內置了(le)自動后(hou)焦(ABF)裝置,在(zai)模式切換后(hou)自動觸發,以獲得(de)(de)最為清(qing)晰(xi)的圖像。
未來發展:光學透霧技術將持續發酵
在(zai)實際(ji)應用中(zhong),電子透(tou)霧(wu)作為一(yi)種ISP 圖像還(huan)(huan)原(yuan)技術(shu),其(qi)(qi)致命缺陷在(zai)于霧(wu)霾嚴重時無法(fa)還(huan)(huan)原(yuan)丟失的(de)(de)信(xin)息,這是其(qi)(qi)成像原(yuan)理(li)決定的(de)(de),即使(shi)圖像還(huan)(huan)原(yuan)算法(fa)再(zai)先進,也無法(fa)改善。而(er)光學(xue)透(tou)霧(wu)一(yi)直以來在(zai)森林防火、海事、邊(bian)防中(zhong)有(you)(you)應用,具(ju)有(you)(you)較長的(de)(de)實際(ji)應用歷史,其(qi)(qi)效果得到用戶的(de)(de)認可(ke),只是受限于高(gao)昂的(de)(de)成本而(er)無法(fa)在(zai)其(qi)(qi)他通用行(xing)業中(zhong)大規模推廣,隨著新技術(shu)的(de)(de)產生,成本問題得到解決,相(xiang)信(xin)其(qi)(qi)在(zai)各行(xing)業中(zhong)的(de)(de)應用前景將會越來越大。
以(yi)(yi)城(cheng)市監(jian)(jian)控(kong)為例(li),城(cheng)市中霧霾越來越嚴重,對監(jian)(jian)控(kong)的考驗也越來越大。一(yi)般(ban)路(lu)面(mian)上布設的治安(an)監(jian)(jian)控(kong)攝像機(ji)安(an)裝高度為5-20米(mi)左右,一(yi)般(ban)需要覆蓋30-100 米(mi)左右距(ju)離(li),而城(cheng)市中還有一(yi)類制高點(dian)監(jian)(jian)控(kong)攝像機(ji),安(an)裝在(zai)距(ju)離(li)地面(mian)50 ~ 100 米(mi),乃至100 米(mi)以(yi)(yi)上的位置,利(li)用其足夠的高度,避免周邊建筑物的遮擋,實現(xian)方圓(yuan)一(yi)公里到十幾公里范圍(wei)的視頻(pin)圖(tu)像監(jian)(jian)控(kong),這(zhe)一(yi)類攝像機(ji)往往由于霧霾干(gan)擾(rao)而大大降低覆蓋范圍(wei),所以(yi)(yi)需要光學透霧技術支(zhi)持(chi)。
而(er)提升光(guang)學透(tou)霧效(xiao)果除了攝像(xiang)機自身(shen)圖像(xiang)處理能力的進一(yi)步提升,鏡頭(tou)、視窗等(deng)配套(tao)成像(xiang)系(xi)統(tong)也應該(gai)對紅外(wai)光(guang)具有更(geng)高的透(tou)過率(lv),因此配套(tao)系(xi)統(tong)的完善乃至sensor 的進一(yi)步升級是光(guang)學透(tou)霧未來(lai)努力的方向。
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透霧功能開啟前后對比