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最近PM2.5這一氣象領(lǐng)域?qū)I(yè)詞匯成為社會關(guān)注的流行話題。空氣中的液滴和固體小顆粒不僅危害人體健康，引起霧霾而導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，同時也使戶外監(jiān)控視頻質(zhì)量明顯降低。在霧霾天氣下，圖像色彩黯淡、對比度變低，一些重要目標的細節(jié)更是淹沒在霧氣中難以被察覺，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實用性受到很大影響。
霧氣對視頻監(jiān)控的影響

一般認為，大氣介質(zhì)主要由空氣分子、水汽和氣溶膠組成。氣溶膠是懸浮在氣體中的小粒子構(gòu)成的彌散系。某些粒子具有高吸濕性，起到水汽凝結(jié)中心的作用，其大小與環(huán)境相對濕度、水汽供應(yīng)和由碰撞而發(fā)生凝聚的程度有關(guān)。由于大氣中各種顆粒的大小、類型以及聚集程度的不同產(chǎn)生晴、霾、霧、云、雨等各種天氣。

在晴朗的天氣條件下，從物體表面反射的光線基本不會受大氣中各種成分的影響發(fā)生散射、吸收、反射等現(xiàn)象，能夠直接到達成像設(shè)備，獲得清晰無霧圖像。

在有霧天氣下，從物體表面反射的光線在到達成像設(shè)備的過程中會受到空氣中懸浮顆粒的影響。氣溶膠粒子是霧霾形成的主要因素，也是圖像質(zhì)量產(chǎn)生退化的根本原因，其影響主要有以下幾個方面：

(1)氣溶膠粒子對光線有散射作用，散射損失使“透射光”強度衰減，造成了圖像的對比度下降。

(2)由于氣溶膠粒子的非均勻性，使球面波畸變成非球面波，導(dǎo)致圖像變模糊，邊緣和細節(jié)降低。

(3)氣溶膠粒子的粒徑較大，粒子的自身成像不容忽視，可以近似理解成“噪聲”。

(4)氣溶膠粒子對成像光線的散射部分會因為多次散射的作用，和原有的前向散射部分疊加在一起成像，產(chǎn)生一定的模糊。

光學透霧技術(shù)剖解

自然光由波長不同的光波組合而成，人眼可見范圍大致為390nm-780nm，波長從長到短分別對應(yīng)了紅橙藍綠青橙紫七種顏色，其中波長小于390nm的叫做紫外線，波長大于780nm的叫做紅外線。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性，霧氣、煙塵影響可見光成像的原因，而紅外線因為擁有較長的波長，在傳播時受氣溶膠的影響較小，可穿透一定濃度的霧靄煙塵，實現(xiàn)準確聚焦，這就是光學透霧的依據(jù)。

1、鏡頭

從原理可知光學透霧的重點在于對特定近紅外波段光線的截取與準確聚焦，而這部分工作大都由鏡頭完成。可以說鏡頭的好壞決定了光學透霧的效果，鏡頭設(shè)計的難度首先在于光學設(shè)計，其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等，其次選材與工藝技術(shù)也決定了成品的效果。而透霧鏡頭最大的不同在于能承載紅外波段的寬度，即成焦面的寬容度。從原理上，自然是可利用的近紅外波段越寬越好，但是受限于鏡頭光路設(shè)計的難度與CCD的感光能力，目前安防業(yè)內(nèi)的鏡頭已知能利用的最長紅外波段為1100nm。

2、濾波片

了解日夜轉(zhuǎn)換攝像機的人對濾波片都不會陌生，一般此類型攝像機裝有兩塊濾波片，一塊負責在白天過濾掉可見光之外的光波，令成像更為清晰亮麗；一塊應(yīng)用在夜晚，負責放行CCD可以承載的紅外波段，實現(xiàn)夜間的紅外監(jiān)控。

專業(yè)透霧鏡頭內(nèi)置有針對性很強的濾波片，作用是精確截取所需波段的光線，且為了適應(yīng)特定環(huán)境狀況，常常會加載多片針對不同波段的濾波片，并通過485接口與攝像機聯(lián)動，實現(xiàn)切換。正常來說，配合透霧鏡頭的攝像機在基礎(chǔ)成像性能上只要具備日夜轉(zhuǎn)換功能即可，但是考慮到透霧鏡頭高昂的造價，部分攝像機廠家也開始尋求更經(jīng)濟實惠的光學透霧模式，不同于過去兩濾波片的日夜轉(zhuǎn)換攝像機，我們創(chuàng)新的在攝像機里邊加入了四塊濾波片，除了實現(xiàn)日夜轉(zhuǎn)換，還通過增設(shè)一塊可選擇性過濾400nm-600nm波段光線的濾波片，實現(xiàn)了強光抑制；當然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，以實現(xiàn)較為經(jīng)濟的光學透霧。此機械裝置可由攝像機自動控制，也可人工切換。而集光學透霧和電透霧兩種透霧功能為一身的四濾色片光電聯(lián)合智能透霧攝像機，能夠?qū)崿F(xiàn)兩倍于能見度以上的透霧。

3、瓶頸與發(fā)展

因為直接利用可穿透霧靄的近紅外波段光線進行成像，光學透霧雖然只能得到黑白監(jiān)控畫面，但是其成像效果突出，也已在海事、海洋有了不錯的運用；另一方面，受鏡頭高昂成本的限制，雖然近年來平安城市等大型項目甚至民用市場也出現(xiàn)了一定透霧需求，但是其實際數(shù)量仍有限。

與此同時，因為技術(shù)方面已經(jīng)較為成熟，所以依靠鏡頭或說光學完成更好的透霧，就需要另辟蹊徑。短期內(nèi)鏡頭對波長的寬容度很難向1100nm以外延伸，但是如果不用兼顧可見光，在近紅外波段內(nèi)還可做到一定延伸；所以可以考慮在一套設(shè)備中加載兩套鏡頭，正常情況下使用可見光鏡頭，霧天則使用專門的透霧鏡頭，這樣既可保留可見光的彩色畫面，還可把透霧鏡頭的寬容度做的更好，并實現(xiàn)多畫面的對比監(jiān)控。

電子透霧技術(shù)剖解

當安防需求從被動檢測發(fā)展為主動防御，智能分析依賴的各種圖像處理算法變得舉足輕重起來，其中透霧處理集合了多種圖像算法，是較為重要的一類圖像處理技術(shù)。目前已知的透霧算法大致可以分為兩大類：一種是非模型的圖像增強方法，通過增強圖像的對比度，滿足主觀視覺的要求來達到清晰化的目的；另一種是基于模型的圖像復(fù)原方法，它考查圖像退化的原因，將退化過程進行建模，采用逆向處理，以最終解決圖像的復(fù)原問題。

為了得到更好的處理效果，攝像機廠家會增設(shè)專門的圖像處理芯片，可自動偵測圖像的密度，最大限度地保持圖像信號的細節(jié)，實現(xiàn)彩色增強、反差增強、邊緣增強、對比度增強和亮度增強，并進行密度分割、去模糊等運算，使不同場景下的攝像畫質(zhì)得到明顯提高，達到透霧的目的。而根據(jù)廠家的能力與研發(fā)選擇，會分別選擇在DSP或FPGA等不同芯片上進行相應(yīng)處理。

芯片會實時讀取視頻流信息，通過對比參數(shù)判定是否需要開啟透霧模式，也就是可以達到自動偵測霧氣，甚至可以通過設(shè)定的預(yù)置模式判定出霧氣濃淡，選擇進入相應(yīng)的透霧模式。

一體機芯

細分市場成熟的標志之一是產(chǎn)品走向多樣化，隨著細分市場的增長，一體透霧機芯的出現(xiàn)對于透霧產(chǎn)品的普及可謂意義重大。今年發(fā)布的一體機芯采用純電子透霧，通過內(nèi)嵌的FPGA芯片進行運算處理。其可輸出彩色圖像，且不同于過去對畫面對比度整體提升，此算法可區(qū)分遠景近景霧氣濃淡等因素，并據(jù)此分別對每個像素點進行提升，實現(xiàn)區(qū)域效果最佳化，且沒有延時。

芯片的高速運算必將產(chǎn)生噪聲點，夜間光照不足時影響尤為突出。所以一體透霧機芯普遍采用CCD傳感器和大光圈鏡頭，以達到良好的低照效果，另一方面也較易達到高清級別透霧。過去透霧需求基本都在槍機，但是槍機的監(jiān)控距離一般較短，而在較短的距離內(nèi)若非濃霧，畫面不會有太大影響。而一體機的監(jiān)控范圍更大，加上變焦可選，故而霧靄對它的影響更大。推出這款一體透霧機芯，是為了在更大監(jiān)控距離內(nèi)實現(xiàn)透霧，且隨著成品化，一體透霧機芯將降低透霧設(shè)備的投入，實現(xiàn)更大的應(yīng)用。