高清監(jiān)控，穿透霧霾--淺析華瑞通科技透霧技術(shù)。在視頻監(jiān)控行業(yè)，霧霾已經(jīng)成為高清監(jiān)控的隱形殺手。很多人理所當(dāng)然的認(rèn)為，在霧霾天氣下，視頻監(jiān)控?zé)o法體現(xiàn)其價(jià)值，但是視頻監(jiān)控比人眼更厲害的地方往往就是可以通過(guò)一系列特殊的處理，看到人眼所不能看到的事物。

一、霧霾天氣多發(fā)，視頻監(jiān)控需求

據(jù)央視新聞報(bào)道，2019年1月13日，中東部多地出現(xiàn)霧和霾天氣。華北、黃淮、江淮一帶的霧和霾天氣仍將持續(xù)，部分地區(qū)有重度霾。下周一（14日）起，一股冷空氣將影響我國(guó)，中東部大部地區(qū)自北向南將出現(xiàn)6～8℃降溫，也將驅(qū)散近期持續(xù)的霧和霾。

今明兩天，華北黃淮霧霾多發(fā)

中央氣象臺(tái)預(yù)計(jì)，華北南部、黃淮、江漢等地仍有輕至中度霾，部分地區(qū)重度霾。其中，河北中南部、山東西部和湖北北部等地的部分地區(qū)有能見(jiàn)度不足200米的強(qiáng)濃霧，局地有能見(jiàn)度不足50米的特強(qiáng)濃霧。

受大霧影響，河北境內(nèi)多條高速封閉，石家莊、秦皇島等地機(jī)場(chǎng)航班延誤。

（山東部分高速路低能見(jiàn)度，截至目前，境內(nèi)包括長(zhǎng)深高速、京滬高速等在內(nèi)的40多條高速的收費(fèi)站封閉，實(shí)行臨時(shí)管制。）

（13日，榮烏高速公路山東煙臺(tái)崇義收費(fèi)站因大霧天氣臨時(shí)關(guān)閉，部分車(chē)輛掉頭繞行，監(jiān)控?cái)z像頭也被濃霧遮擋。）

霧和霾天氣多發(fā)，大家出行請(qǐng)注意較低能見(jiàn)度對(duì)交通安全造成的不利影響；受霾天氣影響的區(qū)域，交通安全和室外公共場(chǎng)所安全也需要格外重視。

二、監(jiān)控透霧技術(shù)發(fā)展過(guò)程

監(jiān)控?cái)z像機(jī)常常面對(duì)室外全天候監(jiān)控的考驗(yàn)，除了強(qiáng)光、暗夜、雨雪天氣，霧霾就是監(jiān)控的一大“天敵”。由水汽、煙塵等構(gòu)成的氣溶膠粒子是霧霾的主體，也是造成圖像質(zhì)量退化的根本原因。

霧霾天氣下圖像色彩黯淡、對(duì)比度較低，一些重要目標(biāo)的細(xì)節(jié)更是淹沒(méi)在霧氣中難以被察覺(jué)。因此，去除視頻中的霧氣，改善成像質(zhì)量，是提升戶(hù)外視頻監(jiān)控應(yīng)用價(jià)值的一項(xiàng)重要技術(shù)。

（柴靜霧霾調(diào)查紀(jì)錄片，《穹頂之下》）

面對(duì)霧霾，最常見(jiàn)的兩種處理方式就是“熱成像技術(shù)”和“實(shí)時(shí)視頻透霧技術(shù)”，熱成像技術(shù)主要是通過(guò)非接觸探測(cè)紅外能量（熱量），并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，從而進(jìn)行一定范圍內(nèi)的物體探測(cè)；

透霧技術(shù)則主要是從視頻圖像上進(jìn)行一系列處理。由于透霧技術(shù)能夠更加真實(shí)的還原場(chǎng)景，所以透霧技術(shù)是當(dāng)下炙手可熱的視頻處理技術(shù)。

透霧技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，經(jīng)歷了多個(gè)階段，形成了以彩色透霧和黑白透霧兩種不同的需求方向。彩色成像的數(shù)字透霧，以當(dāng)下各大安防廠(chǎng)家競(jìng)爭(zhēng)的“透霧算法”為核心關(guān)鍵；

黑白成像的光學(xué)透霧，則是以“光學(xué)透霧”為基礎(chǔ)和典型代表；當(dāng)然，現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種增加了透霧算法的光學(xué)透霧，力求得到更好的透霧效果，也就是“光學(xué)+算法雙重透霧”，在濃霧下依舊清晰成像。

華瑞通科技擁有齊全的透霧產(chǎn)品線(xiàn)，包括前端處理的攝像機(jī)和后端處理的硬盤(pán)錄像機(jī)。前端處理主要分為“數(shù)字透霧型攝像機(jī)”和“超級(jí)透霧型攝像機(jī)”，后端處理主要是“數(shù)字透霧處理”。

就應(yīng)用效果來(lái)說(shuō)，透霧攝像機(jī)由于在采集圖像時(shí)就進(jìn)行了原始圖像上的處理，相比通過(guò)后端錄像機(jī)等設(shè)備處理的透霧效果更好一些。采用后端設(shè)備處理透霧，由于圖像在傳輸過(guò)程中容易損失，也會(huì)導(dǎo)致圖像失真，圖像還原度沒(méi)有前端處理理想。但是后端設(shè)備透霧處理，對(duì)圖像效果增強(qiáng)還是會(huì)有明顯的幫助。

（城市道路霧霾天氣）

再來(lái)看，“數(shù)字透霧”和“超級(jí)透霧”在圖像表現(xiàn)上的差別。數(shù)字透霧技術(shù)的發(fā)展一般有兩個(gè)階段：第一個(gè)階段——“淺透霧”階段，這類(lèi)方法通過(guò)調(diào)整傳感器采集信息的分布，增強(qiáng)觀(guān)測(cè)目標(biāo)的色彩與細(xì)節(jié)，使信息減少在后續(xù)處理（例如ISP和編碼壓縮）中的損失，用戶(hù)觀(guān)測(cè)效果也能獲得提高。但是這種透霧效果不明顯，也稱(chēng)假性透霧。“淺透霧”也是目前市面上普遍采用的透霧技術(shù)。

第二個(gè)階段——“算法透霧”階段，算法透霧可根據(jù)物理上霧霾的形成模型，通過(guò)局部區(qū)域灰白程度判斷霧霾的濃度，從而復(fù)原出清晰的無(wú)霧霾圖像。算法透霧能夠保留圖像的原有色彩，同時(shí)能夠在“淺透霧”的基礎(chǔ)上大幅提升圖像透霧效果。

華瑞通科技在分析透霧理論的優(yōu)勢(shì)與不足，并進(jìn)行深入的研究探索后，結(jié)合安防監(jiān)控領(lǐng)域的視頻圖像透霧的特殊要求，開(kāi)發(fā)了一種SSD算法透霧技術(shù)。該技術(shù)基于大氣光學(xué)原理，區(qū)分圖像不同區(qū)域景深與霧濃度進(jìn)行濾波處理，獲得準(zhǔn)確、自然的透霧圖像，稱(chēng)之為“SSD算法透霧”。

目前主流的數(shù)字透霧產(chǎn)品都是基于“SSD算法透霧”來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在輕霧霾情況下，圖像效果表現(xiàn)良好。

（SSD算法透霧與淺透霧效果對(duì)比）

超級(jí)透霧就是“光學(xué)+算法”雙重透霧。光學(xué)+算法雙重透霧是在光學(xué)透霧的基礎(chǔ)上集成透霧算法，在原有光學(xué)透霧的基礎(chǔ)上使透霧效果得到進(jìn)一步的提升。

這種技術(shù)對(duì)于安防廠(chǎng)家的要求非常高，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，就需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)論證，從多種方案中選擇出最合適的濾光片、鏡頭、傳感器和特定的透霧算法組合，在保證了透霧效果的同時(shí)，需要避免出現(xiàn)圖像噪聲過(guò)大，清晰度下降的情況，從而得到進(jìn)一步提升的透霧效果，在霧氣較大的情況下，依舊有較好的透霧效果，圖像表現(xiàn)為黑白。

（光學(xué)+算法透霧與光學(xué)透霧效果對(duì)比）

三、透霧技術(shù)視頻監(jiān)控產(chǎn)品

前面提到了“數(shù)字透霧型攝像機(jī)”和“超級(jí)透霧型攝像機(jī)”，提供了彩色透霧和黑白透霧兩種不同的效果選擇。

數(shù)字透霧型攝像機(jī)的核心就是SSD透霧算法。SSD透霧算法處理的流程見(jiàn)圖3所示。其輸入為點(diǎn)陣格式視頻數(shù)據(jù)，輸出為經(jīng)處理后的結(jié)果，與輸入視頻格式相同。

由于SSD算法透霧方法能夠?qū)⒓?xì)節(jié)進(jìn)行有效的恢復(fù)和增強(qiáng)處理，因此對(duì)經(jīng)過(guò)一定程度有損壓縮后的視頻也能夠起到相當(dāng)?shù)男Ч?，輸入視頻數(shù)據(jù)可以是未經(jīng)有損壓縮編碼處理的有霧視頻，也可以是壓縮有霧視頻的解碼圖像，相對(duì)而言，未經(jīng)有損編碼處理的視頻，由于其包含的信息量更為豐富，透霧后能獲得更為理想的處理結(jié)果。

由于同時(shí)包含了全局和局部的霧濃度估計(jì)，SSD算法透霧技術(shù)能夠根據(jù)霧況自動(dòng)調(diào)整適應(yīng)各種變化場(chǎng)景以及場(chǎng)景內(nèi)的局部區(qū)域，避免出現(xiàn)近景透霧過(guò)度發(fā)黑而遠(yuǎn)景模糊的情況；同時(shí)兼顧了實(shí)現(xiàn)的效率與復(fù)雜度，保證了整個(gè)透霧的實(shí)時(shí)性與可工程化。

光學(xué)透霧技術(shù)就是采用針對(duì)紅外波段成像特殊優(yōu)化的鏡頭，通過(guò)濾光片對(duì)特定近紅外波段光線(xiàn)進(jìn)行截取，從而利用霧氣中的紅外光進(jìn)行成像。

可根據(jù)圖像灰白程度智能判斷霧霾濃度，在不同的透霧模式下可自動(dòng)調(diào)節(jié)透霧等級(jí)：當(dāng)淺霧時(shí)開(kāi)啟SSD算法透霧模式，根據(jù)霧的濃度，自動(dòng)調(diào)節(jié)透霧程度，提升透霧效果，圖像彩色；當(dāng)濃霧時(shí)開(kāi)啟超級(jí)透霧模式，根據(jù)霧的濃度，自動(dòng)調(diào)節(jié)透霧程度，增強(qiáng)透霧效果，圖像黑白。

四、透霧技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用行業(yè)

隨著工業(yè)的發(fā)展以及其對(duì)氣候的影響，霧霾成為一種越來(lái)越常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，這對(duì)戶(hù)外應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面品質(zhì)造成很大的影響，透霧需求將越來(lái)越龐大。而目前，實(shí)際工程中主要通過(guò)雷達(dá)、紅外等其它手段在霧霾氣候中感知和監(jiān)測(cè)目標(biāo)，由于技術(shù)和成本的限制，雷達(dá)、紅外等在視頻監(jiān)控領(lǐng)域還沒(méi)有理想的應(yīng)對(duì)方案。視頻透霧技術(shù)的出現(xiàn)，能夠?yàn)橐曨l監(jiān)控領(lǐng)域帶來(lái)多方面的價(jià)值。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，透霧技術(shù)可用于多種戶(hù)外場(chǎng)合，如高速公路的交通事故易發(fā)區(qū)、高速公路卡口位置；公共汽車(chē)的輔助駕駛設(shè)施監(jiān)控區(qū)域；公安機(jī)關(guān)關(guān)注的各重點(diǎn)場(chǎng)所與區(qū)域；發(fā)電廠(chǎng)與電力傳輸設(shè)備的重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域；中小學(xué)校園、城市商業(yè)中心與城市廣場(chǎng)等。

從應(yīng)用的行業(yè)來(lái)看，包括交通行業(yè)、公安行業(yè)、教育、航空、數(shù)碼產(chǎn)品、遙感圖像處理、食品安全監(jiān)控，甚至包括特殊的軍事應(yīng)用等。從應(yīng)用的產(chǎn)品與解決方案來(lái)看，透霧技術(shù)在安防監(jiān)控領(lǐng)域，可以應(yīng)用于前端攝像機(jī)、球機(jī)的透霧與提升圖像的質(zhì)量；可以應(yīng)用于DVR以提升圖像的質(zhì)量；可以應(yīng)用于大屏顯示器以提升其色彩飽和度與圖像質(zhì)量；

總結(jié)：

超級(jí)透霧可用于多種戶(hù)外需要預(yù)防濃霧的場(chǎng)合，如高速公路、鐵路、航運(yùn)、機(jī)場(chǎng)跑道等重要或事故易發(fā)區(qū)段；發(fā)電廠(chǎng)與電力傳輸設(shè)備、通訊基站等重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域；河道、港口、邊境、海事監(jiān)控、森林防火等觀(guān)察距離較長(zhǎng)的監(jiān)控應(yīng)用；中小學(xué)校園、城市廣場(chǎng)、旅游景區(qū)等。從應(yīng)用的行業(yè)來(lái)看，包括交通、公安、航空、通訊、環(huán)保、水利、農(nóng)林牧漁，以及邊防等。

透霧技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，經(jīng)歷了多個(gè)階段，形成了以彩色透霧和黑白透霧兩種不同的需求方向。彩色透霧，以當(dāng)下各大安防廠(chǎng)家競(jìng)爭(zhēng)的“透霧算法”為核心關(guān)鍵；黑白透霧，則是以“光學(xué)透霧”為基礎(chǔ)和典型代表，可增加透霧算法來(lái)達(dá)到更好的透霧效果，力求得到更好的透霧效果，

最典型的做法是“光學(xué)+算法透霧”，在濃霧下依舊清晰成像。透霧技術(shù)的發(fā)展也一直伴隨著透霧算法的進(jìn)步，可以說(shuō)，安防廠(chǎng)家誰(shuí)掌握了透霧的核心算法，誰(shuí)就掌握了“霧霾天”下的核心競(jìng)爭(zhēng)力。透霧技術(shù)，助你撥開(kāi)迷霧、不再迷茫。你是選擇彩色？還是更透的黑白？