2015年3月(yue)(yue)初,央視(shi)原著名節目主持(chi)人柴靜(jing)的紀(ji)錄(lu)片(pian)《穹頂之(zhi)下(xia)》一(yi)夜之(zhi)間在(zai)各大(da)網站(zhan)轉載(zai),對(dui)抗霧(wu)霾(mai)(mai)(mai)似(si)乎(hu)成了一(yi)場全民對(dui)抗的戰爭(zheng),而(er)霧(wu)霾(mai)(mai)(mai)一(yi)詞再(zai)次(ci)成了各大(da)新(xin)聞(wen)媒體(ti)的頭條。記得(de)2013 年,“霧(wu)霾(mai)(mai)(mai)”成為年度關鍵詞。這一(yi)年的1 月(yue)(yue),4 次(ci)霧(wu)霾(mai)(mai)(mai)過程(cheng)籠罩30個省(區、市),在(zai)北京,僅(jin)有5 天不是霧(wu)霾(mai)(mai)(mai)天。
霧(wu)(wu)霾(mai)(mai)天氣中(zhong)如何能通過視頻監控仍然能得(de)到(dao)(dao)清(qing)(qing)晰的(de)監控畫面,這對(dui)于安防(fang)廠商來(lai)(lai)說(shuo)是(shi)一個考驗(yan),然而(er)人(ren)類(lei)從來(lai)(lai)不缺乏對(dui)抗(kang)惡劣(lie)天氣的(de)智慧,透(tou)(tou)霧(wu)(wu)方案由(you)來(lai)(lai)已(yi)久。早期(qi)在(zai)森林、港口、碼(ma)頭等區域(yu),在(zai)清(qing)(qing)晨或(huo)傍晚容易形成(cheng)(cheng)霧(wu)(wu)氣,普通攝(she)像機(ji)(ji)(ji)一般(ban)都配(pei)有專門的(de)透(tou)(tou)霧(wu)(wu)鏡頭來(lai)(lai)實(shi)現(xian)透(tou)(tou)霧(wu)(wu),這種方案已(yi)經比較成(cheng)(cheng)熟,但并(bing)未在(zai)如今(jin)的(de)霧(wu)(wu)霾(mai)(mai)環境(jing)中(zhong)得(de)到(dao)(dao)大范圍應用(yong)(yong),主要(yao)原因是(shi)鏡頭的(de)高成(cheng)(cheng)本讓(rang)很多用(yong)(yong)戶望(wang)而(er)卻步;而(er)現(xian)在(zai)的(de)透(tou)(tou)霧(wu)(wu)攝(she)像機(ji)(ji)(ji),自身集成(cheng)(cheng)透(tou)(tou)霧(wu)(wu)功能,即使是(shi)在(zai)霧(wu)(wu)霾(mai)(mai)天氣中(zhong),不需要(yao)其他設(she)備配(pei)合,依然能夠(gou)穿透(tou)(tou)霧(wu)(wu)霾(mai)(mai)干擾,讓(rang)攝(she)像機(ji)(ji)(ji)獲得(de)良好(hao)的(de)監控效果,不會影響監控距離和圖像清(qing)(qing)晰度,所以其應用(yong)(yong)領域(yu)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)廣。一般(ban)而(er)言(yan),透(tou)(tou)霧(wu)(wu)攝(she)像機(ji)(ji)(ji)采用(yong)(yong)的(de)技術分(fen)為電子透(tou)(tou)霧(wu)(wu)(亦(yi)稱數字透(tou)(tou)霧(wu)(wu))和光學透(tou)(tou)霧(wu)(wu)(亦(yi)稱物理(li)透(tou)(tou)霧(wu)(wu))兩(liang)種。
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(me)電子透霧和光學透霧這兩者之間又有什么(me)區別,各有什么(me)優劣勢(shi)呢?
電子透霧
電子透霧(wu)采用(yong)的(de)(de)(de)是可見(jian)光成像(xiang)(xiang)(xiang),并(bing)通過(guo)ISP 算法(fa)來修復(fu)畫面,目前(qian)ISP 算法(fa)主要分為(wei)兩大類:圖像(xiang)(xiang)(xiang)增(zeng)強(qiang)(qiang)透霧(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)和圖像(xiang)(xiang)(xiang)復(fu)原(yuan)透霧(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)。圖像(xiang)(xiang)(xiang)增(zeng)強(qiang)(qiang)透霧(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)不(bu)考慮圖像(xiang)(xiang)(xiang)降(jiang)質原(yuan)因,適(shi)用(yong)范(fan)圍(wei)廣,能有效地提高(gao)霧(wu)天(tian)圖像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)對比度,改(gai)善圖像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)視覺效果,但(dan)會產生更(geng)多的(de)(de)(de)噪聲,甚至造(zao)成更(geng)多圖像(xiang)(xiang)(xiang)細節的(de)(de)(de)損失。圖像(xiang)(xiang)(xiang)復(fu)原(yuan)透霧(wu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)是研究霧(wu)天(tian)圖像(xiang)(xiang)(xiang)降(jiang)質的(de)(de)(de)物理(li)(li)過(guo)程(cheng),并(bing)建立退化(hua)模型(xing)(xing),反(fan)演退化(hua)過(guo)程(cheng),補償退化(hua)過(guo)程(cheng)造(zao)成的(de)(de)(de)失真,以便獲得原(yuan)始圖像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)最優(you)估(gu)計值,從而改(gai)善圖像(xiang)(xiang)(xiang)質量,這種方法(fa)針(zhen)對性強(qiang)(qiang),得到的(de)(de)(de)去霧(wu)效果自然(ran),處理(li)(li)的(de)(de)(de)關鍵點及難點是模型(xing)(xing)中參數(shu)的(de)(de)(de)估(gu)計。
從電子透霧的算法解釋中可以看出其優勢在于:1、畫(hua)面色彩得以保留(liu),2、不會(hui)增加額(e)外硬件成本。但電子(zi)透(tou)霧(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)劣勢也很明顯,首先由于可見光穿透(tou)能力弱,在(zai)(zai)(zai)遇到水(shui)汽、灰塵阻隔時(shi)會(hui)造成較大(da)的(de)(de)(de)(de)散射,導致(zhi)部分信(xin)息丟失(shi),此(ci)時(shi)即使(shi)通過算(suan)法(fa)修復畫(hua)面、消除霧(wu)(wu)感(gan),也無(wu)法(fa)對丟失(shi)的(de)(de)(de)(de)信(xin)息“從無(wu)到有”進行恢復;此(ci)外,電子(zi)透(tou)霧(wu)(wu)基于不同的(de)(de)(de)(de)算(suan)法(fa)透(tou)霧(wu)(wu)效果各(ge)有不同,簡單的(de)(de)(de)(de)算(suan)法(fa)在(zai)(zai)(zai)圖像還(huan)(huan)原效果上有局(ju)限性,而復雜的(de)(de)(de)(de)算(suan)法(fa)對硬件性能提出了更高的(de)(de)(de)(de)要求,而且就目前的(de)(de)(de)(de)圖像還(huan)(huan)原技術(shu)整體(ti)水(shui)平(ping)而言(yan),電子(zi)透(tou)霧(wu)(wu)只(zhi)能應用在(zai)(zai)(zai)一般的(de)(de)(de)(de)霧(wu)(wu)氣(qi)環境中,一旦霧(wu)(wu)霾濃(nong)度提升,電子(zi)透(tou)霧(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)效果就會(hui)大(da)大(da)降低(di)。
光學透霧
自然光(guang)(guang)由波長不(bu)同(tong)的(de)光(guang)(guang)波組(zu)合而成,人眼(yan)可(ke)見范圍大致為390nm-780nm,稱(cheng)為可(ke)見光(guang)(guang),而波長小于(yu)390nm 的(de)叫做紫外光(guang)(guang),波長大于(yu)780nm 的(de)叫做紅(hong)外光(guang)(guang)。不(bu)同(tong)波段的(de)光(guang)(guang)因為波長的(de)不(bu)同(tong)具有(you)不(bu)同(tong)的(de)特性,一(yi)般紅(hong)外光(guang)(guang)由于(yu)擁有(you)較(jiao)長的(de)波長,在傳播時(shi)受大氣粒子(zi)干擾影響較(jiao)小,可(ke)穿透一(yi)定濃度的(de)霧(wu)(wu)霾(mai)煙塵,攝像(xiang)機可(ke)以利用這部分(fen)光(guang)(guang)線來實現穿透霧(wu)(wu)霾(mai)的(de)監控。這就(jiu)是光(guang)(guang)學透霧(wu)(wu)的(de)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(yu)紅(hong)外(wai)光沒有(you)對應的(de)可(ke)見光色彩圖,所以在(zai)監(jian)視器上呈現的(de)圖像(xiang)為黑白顏色,所以不適用于(yu)必(bi)須需要彩色圖像(xiang)的(de)場所;2、光學透霧的(de)重(zhong)點在(zai)于(yu)截取近紅(hong)外(wai)光成(cheng)像(xiang),而這部分工作大都由(you)鏡頭(tou)完成(cheng),而透霧鏡頭(tou)價(jia)格昂貴,過(guo)高的(de)成(cheng)本大大限制(zhi)了光學透霧在(zai)實(shi)際項目中的(de)大規模應用。
解決普通透霧技術不足:宇視全新雙透霧技術
為(wei)解決(jue)普通透(tou)(tou)(tou)霧(wu)技術的(de)不(bu)足,宇視(shi)(shi)通過對各種波段光線透(tou)(tou)(tou)霧(wu)性能的(de)細(xi)致研(yan)究,并分析在不(bu)同濃度霧(wu)霾下(xia)測試(shi)采集的(de)大量試(shi)驗(yan)數(shu)據,最(zui)終結合(he)監控透(tou)(tou)(tou)霧(wu)應用需求,宇視(shi)(shi)全新(xin)研(yan)制(zhi)出內置光學透(tou)(tou)(tou)霧(wu)+ 電(dian)子透(tou)(tou)(tou)霧(wu)的(de)雙(shuang)透(tou)(tou)(tou)霧(wu)功能網絡攝像機HIC5600 系列。
在(zai)近距離或一般霧(wu)氣環(huan)境中(zhong),該(gai)系(xi)列(lie)攝(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機通過開啟電(dian)子(zi)透(tou)(tou)霧(wu)消除霧(wu)感,獲(huo)得清晰、通透(tou)(tou)的(de)(de)彩色圖像(xiang)(xiang)(xiang);一旦霧(wu)霾影響嚴重時,開啟光(guang)學(xue)(xue)透(tou)(tou)霧(wu),即使只配(pei)備(bei)了普(pu)通鏡(jing)頭,依然能實(shi)現清晰的(de)(de)光(guang)學(xue)(xue)透(tou)(tou)霧(wu)效果,不會丟(diu)失(shi)任何細節,并且由于內置(zhi)光(guang)學(xue)(xue)透(tou)(tou)霧(wu)組件,相較于傳統的(de)(de)光(guang)學(xue)(xue)透(tou)(tou)霧(wu)鏡(jing)頭方案(an)大大降低了成本,可以(yi)在(zai)平安(an)城市(shi)等行業中(zhong)大規模(mo)推廣應用(yong)。由于可見光(guang)和紅(hong)外光(guang)聚(ju)焦(jiao)(jiao)面不一致(zhi),所(suo)以(yi)該(gai)系(xi)列(lie)透(tou)(tou)霧(wu)攝(she)像(xiang)(xiang)(xiang)機還內置(zhi)了自動后焦(jiao)(jiao)(ABF)裝置(zhi),在(zai)模(mo)式切(qie)換后自動觸發,以(yi)獲(huo)得最為清晰的(de)(de)圖像(xiang)(xiang)(xiang)。
未來發展:光學透霧技術將持續發酵
在(zai)實際(ji)應(ying)用(yong)中,電子(zi)透霧作為一種ISP 圖像還(huan)(huan)(huan)原技術,其(qi)(qi)致命缺陷在(zai)于霧霾嚴重(zhong)時無法還(huan)(huan)(huan)原丟失的(de)(de)(de)信(xin)息,這(zhe)是其(qi)(qi)成像原理(li)決定的(de)(de)(de),即使圖像還(huan)(huan)(huan)原算法再先進,也無法改(gai)善。而光學(xue)透霧一直以來在(zai)森林防(fang)火、海事、邊防(fang)中有(you)應(ying)用(yong),具有(you)較長的(de)(de)(de)實際(ji)應(ying)用(yong)歷史,其(qi)(qi)效果得到用(yong)戶的(de)(de)(de)認(ren)可,只是受限(xian)于高昂的(de)(de)(de)成本(ben)而無法在(zai)其(qi)(qi)他通用(yong)行業中大規(gui)模推廣,隨著(zhu)新技術的(de)(de)(de)產(chan)生,成本(ben)問題得到解決,相信(xin)其(qi)(qi)在(zai)各(ge)行業中的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)前景(jing)將會越來越大。
以城(cheng)市監(jian)控為例,城(cheng)市中(zhong)霧(wu)霾越(yue)來越(yue)嚴重,對監(jian)控的(de)(de)(de)考驗(yan)也越(yue)來越(yue)大(da)(da)。一般(ban)路面上(shang)布設的(de)(de)(de)治安(an)監(jian)控攝(she)像機安(an)裝高度(du)為5-20米左右,一般(ban)需(xu)要覆蓋(gai)30-100 米左右距離,而(er)城(cheng)市中(zhong)還有一類制(zhi)高點監(jian)控攝(she)像機,安(an)裝在距離地面50 ~ 100 米,乃至100 米以上(shang)的(de)(de)(de)位置,利用其(qi)足(zu)夠的(de)(de)(de)高度(du),避免周邊建(jian)筑物(wu)的(de)(de)(de)遮擋,實現(xian)方圓一公里到十幾公里范圍的(de)(de)(de)視(shi)頻圖像監(jian)控,這一類攝(she)像機往往由于霧(wu)霾干(gan)擾(rao)而(er)大(da)(da)大(da)(da)降低覆蓋(gai)范圍,所以需(xu)要光學透霧(wu)技術支持。
而提(ti)升(sheng)光學(xue)透霧效果除(chu)了(le)攝像機自身圖(tu)像處理(li)能力的(de)進(jin)一步提(ti)升(sheng),鏡(jing)頭(tou)、視窗等(deng)配套成像系(xi)統也應該(gai)對紅外光具(ju)有更高的(de)透過率,因此配套系(xi)統的(de)完善乃至sensor 的(de)進(jin)一步升(sheng)級是光學(xue)透霧未(wei)來(lai)努力的(de)方向。
透霧功能開啟前后對比