隨著信息化和計算機(jī)圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，人們安全意識的提高，實(shí)時視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為人們生活中不可或缺的一部分，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、交通、社會安全等方面。但是受惡劣天氣（霧、雨、風(fēng)、光等）條件和監(jiān)控系統(tǒng)自身技術(shù)條件的限制，視頻圖像往往達(dá)不到理想的效果。在這些條件的影響下，圖像會出現(xiàn)退化、模糊不清，進(jìn)而導(dǎo)致對識別、取證、事件分析等操作造成困難而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常應(yīng)用。因此，模糊圖像處理技術(shù)的研究和應(yīng)用在安防領(lǐng)域就有了很重要的意義。
1、模糊圖像產(chǎn)生的原因分析
圖像的呈現(xiàn)是整個系統(tǒng)合作的結(jié)果，一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是一個非常龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)，從前端到后端各個環(huán)節(jié)都可能會導(dǎo)致視頻圖像信號損失進(jìn)而使圖像變模糊。具體可以從以下這么幾個方面來分析。
1.1 系統(tǒng)自身因素
一個完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)從前到后由這么幾部分組成。在全模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，從前端到后端由圖像采集、圖像傳輸、圖像存儲、圖像顯示等幾個環(huán)節(jié)構(gòu)成。在每一個環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生視頻信息損失，也就是讓圖像質(zhì)量變差或者變模糊。
從前端鏡頭、攝像機(jī)、視頻BNC接頭、傳輸線纜、監(jiān)視器圖像呈現(xiàn)等幾個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都會引起圖像模糊。鏡頭，影響進(jìn)入攝像機(jī)的光線和成像的精確性，會直接導(dǎo)致圖像模糊。攝像機(jī)內(nèi)的感光Sensor，影響光信號的采集和光電轉(zhuǎn)換效果，會直接導(dǎo)致圖像模糊。視頻傳輸電纜兩端的BNC接頭，因信號屏蔽的縫隙會造成信號損失，視頻傳輸電纜經(jīng)過長距離的傳輸，傳輸線纜的電阻、屏蔽、阻抗匹配等問題，都會引起信號的衰減，直接導(dǎo)致圖像質(zhì)量變差變模糊，監(jiān)視器圖像呈現(xiàn)端也有一定的信號損失。所以在整個監(jiān)控系統(tǒng)中的每一個節(jié)點(diǎn)和環(huán)節(jié)，都有可能會導(dǎo)致圖像模糊。
在一個全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳輸線路上的視頻信號經(jīng)過數(shù)字化編碼，數(shù)字信號的傳輸和存儲可以有效避免因信號衰減造成圖像損傷。但是，在鏡頭、圖像采集以及后端呈現(xiàn)時的圖像信號耗損仍然無法避免。另外，在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，又增加了視頻信號的A/D轉(zhuǎn)換、視頻編碼壓縮環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)也會導(dǎo)致的信息的直接損失�，F(xiàn)有的視頻壓縮編碼算法都是有損壓縮，會直接導(dǎo)致視頻信息的丟失，影響視頻清晰度。
1.2 自然環(huán)境
除系統(tǒng)本身的因素以外，自然環(huán)境對視頻圖像清晰度影響也非常大。若遇到刮風(fēng)、下雨、下雪、大霧等自然天氣，都會導(dǎo)致圖像質(zhì)量急劇下降或模糊不清。
除此以外，還有照度不足、背光、逆光、溫度過低或過高等，都會對圖像還原系統(tǒng)造成影響，影響圖像清晰度。在光線不足的條件下，攝像機(jī)的Sensor成像會產(chǎn)生很多噪聲，這些噪聲會影響圖像清晰度，而且會使圖像編碼的碼流大幅增加。
1.3 人為環(huán)境
供電系統(tǒng)的電源不“干凈”，即竄入比較強(qiáng)的干擾信號，具體是指在50Hz的正弦波上疊加有干擾信號。如果本電網(wǎng)中有大功率可控硅調(diào)頻調(diào)速裝置、可控硅整流裝置、可控硅交直流變換裝置等，都會對電源產(chǎn)生污染。
電視監(jiān)控系統(tǒng)附近有很強(qiáng)的電磁干擾源或電磁輻射。電磁干擾源，如電焊、無線電發(fā)射、大電機(jī)、大繼電器的干擾等，也會導(dǎo)致視頻信號干擾。電磁干擾會導(dǎo)致圖像有間距相等的豎條或圖像呈規(guī)律性閃爍條文等，從而導(dǎo)致圖像模糊。
還有就是人為破壞導(dǎo)致，比如被弄得難以識別的車牌等，致使攝像機(jī)無法攝取車牌號等。
2、模糊圖像處理技術(shù)的發(fā)展
從20世紀(jì)90年代以來,安防行業(yè)經(jīng)歷了一個飛速發(fā)展的時期。隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)從全模擬到全數(shù)字的發(fā)展，人們對圖像質(zhì)量要求越來越高，圖像分辨率也經(jīng)歷了從CIF到標(biāo)清再到高清分辨率的變遷。
早期傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)采用模擬信號傳輸方式，稱為第一代全模擬監(jiān)控時代。模擬監(jiān)控主導(dǎo)安防市場十幾年時間，那時的視頻文件通過磁帶錄像機(jī)進(jìn)行錄像和保存。在模擬監(jiān)控時代，因?yàn)橐曨l圖像的存儲都是采用模擬設(shè)備，模擬存儲設(shè)備隨著時間延長，圖像會有一定的信息損失。但是模糊圖像處理技術(shù)是針對數(shù)字圖像進(jìn)行處理的技術(shù)，所以那個年代還沒有被引入到安防領(lǐng)域。
因模擬監(jiān)控系統(tǒng)固有的缺陷，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化存儲方式逐漸取代了模擬的磁帶存儲。隨之進(jìn)入了第二代準(zhǔn)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),以數(shù)字硬盤錄像DVR為主,替代了模擬錄像機(jī),跨出數(shù)字監(jiān)控的第一步。對視頻圖像數(shù)字化以后，圖像處理技術(shù)開始派上了用場，模糊圖像處理技術(shù)逐步被引入安防領(lǐng)域。
隨著計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,目前視頻監(jiān)控已經(jīng)發(fā)展到了基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜珨?shù)字監(jiān)控時代。這樣就進(jìn)入了第三代全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控時代,這個時代的代表產(chǎn)品以IPC、NVR為主。視頻圖像數(shù)字化以后，模糊圖像處理技術(shù)在安防領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
模糊圖像處理技術(shù)屬于圖像處理技術(shù)的一種，所謂圖像處理技術(shù)，就是利用計算機(jī)或高速、大規(guī)模的集成數(shù)字硬件，對從圖像信息中的數(shù)字電信號進(jìn)行某些數(shù)字運(yùn)算或處理，以期提高圖像的質(zhì)量或達(dá)到人們所預(yù)期的結(jié)果，因此也稱為計算機(jī)圖像處理技術(shù)。如對被噪聲污染的圖像除去噪聲，對信息微弱的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，對失真的圖像進(jìn)行幾何校正，從犯罪現(xiàn)場提供指紋特征等。過去幾年，受國際恐怖事件的推動，人們的安全防范意識越來越高，社會對安保的需求也越來越多，監(jiān)控圖像處理技術(shù)也將在這樣的市場需求和規(guī)律中不斷演進(jìn)，發(fā)揮越來越多的作用。
3、安防行業(yè)的特殊要求
計算機(jī)圖像處理是將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機(jī)對其進(jìn)行處理。由于計算機(jī)的處理速度極快，且數(shù)字信號具有失真小、易保存、易傳輸、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因而計算機(jī)圖像處理的應(yīng)用十分廣泛，包括航空航天、遙測技術(shù)、醫(yī)療器械、工業(yè)自動化檢測、安全識別、安防監(jiān)控、娛樂媒體等各大領(lǐng)域。每一個應(yīng)用領(lǐng)域都有其領(lǐng)域的特殊性要求，安防監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用也有其固有的特殊性。
對圖像清晰度要求較高。在治安監(jiān)控現(xiàn)場，公安機(jī)關(guān)往往需要通過監(jiān)控錄像來辨認(rèn)嫌疑人、證據(jù)等。一般清晰度不高的視頻都達(dá)不到這種要求。在交通監(jiān)控現(xiàn)場，交警需要通過監(jiān)控圖像來識別車牌、違章行為、駕駛?cè)说纫�，模糊的圖像在這種場合根本無法應(yīng)用。
不同的行業(yè)監(jiān)控，對圖像要求的差異性。比如醫(yī)療監(jiān)控，對圖像的色彩還原性要求比較高。智能交通監(jiān)控，對攝像機(jī)夜間照度和抓拍速度要求比較高，要求能清晰辨別車牌。在無人值守監(jiān)控，需要設(shè)備在無人看管的條件下能長期穩(wěn)定的工作。
戶外安裝，無人看守。在安防領(lǐng)域，大多情況設(shè)備需要安裝在室外，設(shè)備需要經(jīng)受常年的風(fēng)吹日曬。要經(jīng)歷常年溫度、濕度、鹽度、輻射等自然條件的影響。電子設(shè)備自身的老化的速度會比其他領(lǐng)域要相對快一些。攝像機(jī)鏡頭、電子設(shè)備、傳輸線路等設(shè)施的老化會導(dǎo)致圖像越來越模糊。
海量視頻路數(shù)的要求。在大型平安城市監(jiān)控項(xiàng)目中，視頻路數(shù)會達(dá)到上萬路，甚至更多路。如此海量的視頻路數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲設(shè)備都提出了很高的要求。所以在視頻監(jiān)控領(lǐng)域都期望視頻編碼的碼率壓縮比達(dá)到最高，從而降低對帶寬和容量的要求。這就導(dǎo)致在視頻編碼環(huán)節(jié)產(chǎn)生更多的信息丟失，從而導(dǎo)致圖像模糊。
安防領(lǐng)域的這些特殊應(yīng)用場所，都會導(dǎo)致圖像清晰度的下降，反過來又對圖像清晰度有很高的要求，勢必會導(dǎo)致模糊圖像處理技術(shù)在這里有廣闊的應(yīng)用前景。
4、模糊圖像處理技術(shù)的局限性
目前受硬件水平、傳輸帶寬以及應(yīng)用環(huán)境等因素影響，圖像模糊問題還無法得到徹底解決。
圖像從采集到傳輸?shù)酱鎯︼@示的任何一個環(huán)節(jié)對于圖像質(zhì)量都很關(guān)鍵，任何一個步驟出問題都會影響圖像質(zhì)量，而且這種影響是不可逆的，所以說徹底解決圖像模糊問題，需要一個全方位的技術(shù)更新。比如，在當(dāng)前的數(shù)字圖像技術(shù)的背景下，編碼技術(shù)是影響圖像質(zhì)量的瓶頸之一，如果出現(xiàn)一種壓縮比高、圖像損失小的編碼算法，當(dāng)然會一定程度解決因?yàn)閴嚎s導(dǎo)致的圖像模糊問題，不過要實(shí)現(xiàn)這種算法，通常需要更高的運(yùn)算代價，所以還需要硬件技術(shù)的更新來滿足這樣的算法。
類似超分辨重構(gòu)的模糊圖像處理技術(shù)由于其算法的復(fù)雜性，目前的常規(guī)設(shè)備還很難做到實(shí)時處理高清圖像，所以算法的效率還是目前的模糊圖像處理的不足之一，這就需要從算法和硬件兩方面入手，提高算法效率，同時也需要提升硬件性能。
另外，目前各種針對模糊圖像處理的算法，都是基于某種特定場景應(yīng)用而產(chǎn)生的解決方法，各種算法存在的局部性和局限性，造成了算法應(yīng)用的障礙。所以在未來的很多年，我們關(guān)于圖像處理的算法和模型也有很長的路要走。
5、天地偉業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新
天地偉業(yè)一直被譽(yù)為安防超市，其產(chǎn)品覆蓋安防領(lǐng)域的各種場所和行業(yè)，擁有一整套完整的行業(yè)解決方案。我們的產(chǎn)品除了盡量提供更合理的采集條件和采集環(huán)境之外，還在編碼和圖像處理上也做了很多工作。我們在圖像處理上采用了從前端到后端綜合優(yōu)化的多種處理方案。
5.1 動態(tài)編碼參數(shù)調(diào)節(jié)
我們的產(chǎn)品會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬情況，動態(tài)調(diào)整壓縮編碼方案，在帶寬條件好的時候傳輸高分辨率或低壓縮比畫質(zhì)較高的圖像，在帶寬條件較差的時候，選擇壓縮比高或低分辨率的圖像，盡量充分利用帶寬。在帶寬條件較差的情況下根據(jù)行業(yè)特殊需求也會動態(tài)降低視頻幀率，來提高圖像質(zhì)量。
5.2 動態(tài)場景自適應(yīng)
我們還根據(jù)具體的應(yīng)用場景進(jìn)行視頻采集參數(shù)的調(diào)節(jié)，比如自動亮度、動態(tài)對比度、色彩補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。并應(yīng)用各種頻域的濾波技術(shù)，增強(qiáng)圖像紋理和去除各種噪聲；對于某些特殊應(yīng)用場景，我們會采用超分辨重構(gòu)技術(shù)來提高某些幀的清晰度，獲取關(guān)鍵信息。
動態(tài)對比度的視線原理主要是根據(jù)圖像的統(tǒng)計信息，分析圖像的亮度值分布情況，自動分析主要的圖像信息可能的分布范圍，把該亮度范圍進(jìn)行拉伸，提高該范圍的對比度，同時適當(dāng)調(diào)整亮度，使之更符合人眼的感受范圍。
實(shí)現(xiàn)過程主要是通過對圖像的直方圖統(tǒng)計分析圖像的亮度范圍，對低亮度的圖像適當(dāng)拉伸低亮度范圍的對比度，并適當(dāng)調(diào)高亮度范圍。對于高亮度的圖像拉伸高亮度范圍的對比度，降低亮度。這種方法對于低照度導(dǎo)致的圖像模糊有較好的校正效果，效果圖見5-1。
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