一、透霧技術(shù)的研究現狀
人類(lèi)獲得外界信息大約有70%是通過(guò)視覺(jué)獲取的。隨著(zhù)多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，視頻圖像技術(shù)被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域，如生物醫學(xué)領(lǐng)域、公共安全領(lǐng)域、應急指揮領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等。然而在城市公共安全、智能交通視頻監控信息中，不到百分之一的信息為有用信息，因此對僅百分之一的信息品質(zhì)期望值要求越來(lái)越高。在現實(shí)應用中，由于氣候環(huán)境、視頻成像、儲存、傳輸等環(huán)節理論上的衰耗都會(huì )造成圖像質(zhì)量降低，特別是近年來(lái)，霧霾天氣使得戶(hù)外對象成像退化，圖像變得模糊。因此，為了獲得更清晰的監控效果，透霧技術(shù)應運而生。
霧霾是由空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子大量積聚，形成在一定空間內能見(jiàn)度低下的一種氣象。霧霾出現的概率聚增，已影響到國內25 個(gè)省份，100多個(gè)大中型城市。根據環(huán)保部發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量公報，去年全國平均霧霾天數達35.9天，在此情況下室外視頻監控系統，如：公共安全、交通、應急指揮、旅游等視頻監控系統應用價(jià)值大打折扣。
因此IP攝像設備的透霧功能，特別是多級切換模式透霧功能必將成為室外攝像機的標配功能。
透霧技術(shù)的研究現狀
1.1 透霧技術(shù)的定義
透霧技術(shù)，也稱(chēng)為視頻圖像增透技術(shù)，是指將因霧、水汽、灰塵等導致模糊的圖像變得清晰，突出圖像中感興趣的部分，使得圖像的質(zhì)量得到改善，信息量得到增強的過(guò)程。
透霧不同于簡(jiǎn)單的除霧技術(shù)，它需要通過(guò)光學(xué)、算法等手段相互融合，根據圖像雜質(zhì)濃度自動(dòng)調整算法，實(shí)現圖像的色度補償，從而獲得與實(shí)景無(wú)限接近的清晰圖像。
1.2 光學(xué)透霧
在光譜中，紅外線(xiàn)是不可見(jiàn)光線(xiàn)，波長(cháng)介于微波與可見(jiàn)光之間。紅外線(xiàn)可分為三部分，即近紅外線(xiàn)，波長(cháng)為0.78～2.50μm；中紅外線(xiàn)，波長(cháng)為2.50～25μm；遠紅外線(xiàn)，波長(cháng)為25～l000μm。
近紅外還可分為近紅外短波區域和近紅外長(cháng)波區域，在不同波段的光因為波長(cháng)的不同呈現不同的光譜特性。透霧功能的實(shí)現基于近紅外光譜。近紅外線(xiàn)在傳播時(shí)受氣溶膠的影響較小，可穿透一定濃度的霧靄煙塵，實(shí)現準確快速聚焦，這就是光學(xué)透霧的依據。當出現云霧和煙塵天氣時(shí)，一般的可見(jiàn)光無(wú)法穿透，利用近紅外光線(xiàn)可繞射微小顆粒原理，在霧霾天氣采用近紅外濾光片、鍍膜技術(shù)及電子圖像增強技術(shù)，算法處理能提升遠距離監控效果。
光學(xué)透霧的關(guān)鍵在于鏡頭與濾光片。透霧攝像設備需要具備三個(gè)要素：具有色差補償的鏡頭、具備近紅外線(xiàn)靈敏度高的CCD、黑電平調節的圖像處理器。通過(guò)鏡頭對特定近紅外波段光線(xiàn)進(jìn)行截取，準確聚焦成像。一般的攝像機鏡頭，透過(guò)光譜的中心波長(cháng)在500~600MM之間，而為了保證在可見(jiàn)光和近紅外波段都有很高的透過(guò)率，且兩個(gè)波段切換過(guò)程中對色差進(jìn)行修正保證切換后不需要再調節焦距，透霧攝像機的鏡頭透過(guò)光譜的中心波長(cháng)必須在780~900MM之間。因此，很多透霧鏡頭采用了多層鍍膜技術(shù)，讓500~900MM波段的透過(guò)率達到80%以上，最終實(shí)現透霧效果，這種透霧方式俗稱(chēng)為物理透霧。目前市場(chǎng)上專(zhuān)業(yè)級日系透霧鏡頭售價(jià)都在萬(wàn)元以上，考慮到透霧鏡頭高昂的造價(jià)，部分企業(yè)尋求更經(jīng)濟的光學(xué)透霧模式，普遍采用兩濾波片的日夜轉換模式，在攝像機集成加入了四塊濾波片，多鏡頭集身于一臺攝像機，除了實(shí)現日夜轉換，還通過(guò)增設一塊可選擇性過(guò)濾400nm~600nm波段光線(xiàn)的濾波片，實(shí)現了強光抑制。為了更精確截取適合成像的近紅外波段，也特別增加了透霧濾波片，以實(shí)現較為經(jīng)濟的光學(xué)透霧。
1.3 算法透霧
攝像機的透霧概念早在2007年進(jìn)入中國，但高昂的成本和復雜的技術(shù)讓很多安防行業(yè)卻步。經(jīng)過(guò)十幾年發(fā)展和專(zhuān)業(yè)技術(shù)的積累，透霧技術(shù)有了較大突破。而要真正實(shí)現透霧還是要依靠電子透霧算法處理，才能在應用中脫穎而出。目前行業(yè)內大致上有以下幾種算法透霧：
第一種是基于FPGA成像方法以及直方圖均衡化算法透霧。它針對霧天圖像的退化現象，采用近紅外波段成像和視頻圖像處理技術(shù)相結合提高圖像質(zhì)量。此外，還可通過(guò)改善算法復雜度提高畫(huà)面清晰度。
第二種是Retinex算法，即視頻增強算法。它對校正后的像素點(diǎn)灰度值進(jìn)行線(xiàn)性拉伸，得到增強的圖像。該算法具有銳化、顏色恒常性、動(dòng)態(tài)范圍壓縮大、色彩逼真度高、處理延遲低等特點(diǎn)。
第三種則是影像信號處理器（LSP）算法透霧處理。該技術(shù)要求透霧設備必須具備“自動(dòng)曝光（AE）”、“自動(dòng)白平衡（AWB）”和“自動(dòng)聚焦（AF）”的3A功能，適于直接內嵌于攝像機中應用。
1.4 光電透霧技術(shù)
光學(xué)透霧直接利用可穿透霧靄的近紅外波段光線(xiàn)進(jìn)行成像，但只能得到黑白監控畫(huà)面，而光電透霧技術(shù)將光學(xué)透霧和算法透霧兩種透霧功能相結合，通過(guò)機芯一體化通過(guò)內嵌的FPGA芯片和ISP/DSP進(jìn)行運算處理實(shí)現彩色畫(huà)面輸出。一方面，該透霧技術(shù)可區分遠景近景霧氣濃淡等因素，選擇透霧級別，可實(shí)現區域效果最佳，不同于過(guò)去對畫(huà)面對比度整體的提高，且沒(méi)有延時(shí)。另一方面，芯片的高速運算必將產(chǎn)生噪聲點(diǎn)，夜間光照不足時(shí)影響尤為突出，所以一體機芯普遍需要采用CCD傳感器和大光圈鏡頭，以達到良好的低照效果。
1.5 假透霧
通過(guò)人為調節對比度、銳度、飽和度、亮度等數值，或做一些濾鏡切換裝置，讓圖像重點(diǎn)突出，從而改善主觀(guān)視覺(jué)效果，這就是所說(shuō)的假透霧。假透霧在霧霾環(huán)境下，切換到選擇夜間紅外感應模式時(shí)，可以看到一定效果的圖像畫(huà)面，但鏡頭不能對景物重新進(jìn)行聚焦，因而不滿(mǎn)足視覺(jué)體驗。非透霧攝像機可以實(shí)現一定程度的“透霧”，但透霧效果非常有限。
