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模糊圖像接踵而至 備受挑戰(zhàn)高清監(jiān)控傷不起

責任編輯:Zane

2012-06-07 13:42:29

摘自:安防知識網(wǎng)

清晰、通透的畫質(zhì)能讓人賞心悅目,逼真的色澤還能提升監(jiān)控人員的心緒,但現(xiàn)實是,圖像模糊不清的情況卻常有發(fā)生,而最為惱人的事是面對模糊圖像,監(jiān)控人員卻丈二和尚摸不

清晰、通透的畫質(zhì)能讓人賞心悅目,逼真的色澤還能提升監(jiān)控人員的心緒,但現(xiàn)實是,圖像模糊不清的情況卻常有發(fā)生,而最為惱人的事是面對模糊圖像,監(jiān)控人員卻丈二和尚摸不著頭腦,不知如何擺弄。

造成圖像模糊的原因多種多樣,有設備自身原因,也有環(huán)境因素,只要一個環(huán)節(jié)處理不當,圖像模糊就在所難免。對經(jīng)驗老到的工程商來說,解決圖像模糊并非難事,僅通過圖像的癥狀就可判斷出問題出在哪里,然后對癥下藥;而對新手來說,確是不易。隨著安防行業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展,技術也日新月異,不斷衍生的新技術或從其它行業(yè)引入的技術,都對安防從業(yè)者帶來挑戰(zhàn),尤其是數(shù)字高清監(jiān)控,造成圖像模糊的因素更多,處理起來也更麻煩,對模糊圖像,即便再老到的技術人員也很難判斷其問題所在或知道問題卻由于技術原因而望而卻步。

圖像模糊,對監(jiān)控,尤其高清監(jiān)控是一個硬傷。天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司產(chǎn)品經(jīng)理瞿關明介紹:“隨著數(shù)字圖像技術的發(fā)展和市場需求的推動,模糊圖像處理技術的研究一直沒有中斷過。新的數(shù)字處理技術和設備不斷出現(xiàn),同時行業(yè)對圖像清晰度的要求不斷提高,模糊圖像處理技術也在不斷進步。模糊圖像處理技術應用領域非常廣泛,幾乎有數(shù)字圖像的地方都可能應用到模糊圖像處理技術。”本文將就模糊圖像產(chǎn)生的原因及其解決辦法試做一番探討。

環(huán)境制約

攝像機成像是一個復雜的過程,是一個對光的再還原過程:監(jiān)控場景反射的光從攝像機鏡頭投射到感光元件上,再經(jīng)光電轉換和處理,最后攝像機輸出電子圖像,之后再經(jīng)顯示設備處理轉換成可顯現(xiàn)的光圖像。從其成像原理和過程可知,其離不開光,光成了圖像成像的第一要素,沒有光也就沒有圖像。從各種監(jiān)控中不難看出,光照好的時候,監(jiān)控畫面清晰,色彩鮮艷;但若光照突然黯淡下來,圖像畫面即刻隨之失色。如果到傍晚,照度嚴重不足時,圖像即會出現(xiàn)噪點、雪花、拖尾、馬賽克等各種類的圖像模糊癥狀;若當環(huán)境中的照度接近或達到零時,攝像機鏡頭捕捉不到光,監(jiān)控畫面即表現(xiàn)為一幅布滿噪點的“雪花屏”。

環(huán)境的光照狀況決定了攝像機成像的好壞。為解決光照問題,工程商通常會通過環(huán)境補光來提升監(jiān)控場景的照度,從而提升圖像畫質(zhì)。補光辦法常會有如下二類:

外部加裝輔助可見光源:使用可見光照明技術難度低,安裝及應用快捷,這是模擬監(jiān)控常用的辦法,在其它技術尚未成熟的情況下,采用加裝輔助可見光照明是最為直接也是最行之有效的方法;在數(shù)字高清監(jiān)控的今天,在較多的監(jiān)控場所,仍沿用此最直接最為有效的辦法,如煤礦井下等;

增設非可見光源:現(xiàn)在常用到的非可見輔助光源有兩種,一是紅外光,隨著紅外發(fā)光技術的成熟,尤其是紅外LED燈技術的成熟,使得應用于攝像監(jiān)控更加方便,使用壽命更長,從而可讓攝像機不受環(huán)境照度影響,實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)控;二是激光,與紅外光一樣,都是直接安裝于攝像機上的主動式光源,但激光的聚焦性更好,成像距離也比較遠。

環(huán)境光照情況是萬變的,不同地點、不同時間都會不一樣,要實現(xiàn)高清成像就必須營造一個有利于成像的環(huán)境,光照不足時須為其提供輔助光源;同時還要處理好攝像機與環(huán)境的關系,如選擇恰當安裝位置以避免逆光等。

突破與生俱來的缺陷

無論是可見光還是不可見光,補光僅是成像環(huán)節(jié)中的一部分,若要實現(xiàn)高質(zhì)量圖像呈現(xiàn),還需從攝像機自身來提升。攝像機清晰成像實際上是各個元器件協(xié)調(diào)合作的結果,任一部分的不足或缺失都會對成像質(zhì)量造成極大的影響。

提高鏡頭質(zhì)量

鏡頭是光成像過程的第一步,由鏡頭造成的圖像模糊現(xiàn)象比較多,通常有如下幾種:

鏡頭清晰度:與模擬視頻監(jiān)控不同,高清攝像機的分辨率各不相同,其對鏡頭的要求也不一樣,如200萬的高清攝像機,采用130萬像素鏡頭,其成像質(zhì)量自然不足,所以鏡頭清晰度如果與攝像機不匹配,畫質(zhì)就達不到預期的效果。當然,匹配還包括鏡頭與感光器尺寸的配合,這與模擬監(jiān)控是相同的;

通光量:通光量對圖像畫質(zhì)的影響也是非常大,其主要有表現(xiàn)在照度不足的傍晚、夜間。當鏡頭難以獲得足夠的光線,會造成圖像畫面模糊,噪點增多,對運動物體的抓拍有拖尾等。因此,夜間監(jiān)控攝像機采用大口徑鏡頭是較好的選擇,以便在低光照環(huán)境下,大口徑鏡頭能獲取較多的光線,有助于提升圖像清晰度;

聚焦:失焦模糊是常見的圖像模糊現(xiàn)象。在實際監(jiān)控中,如對固定鏡頭應用,攝像機的拍攝方位或監(jiān)控物體移動,聚焦點都有可能隨之改變,從而出現(xiàn)失焦情況,這時只有重新聚焦才能解決此類問題;一體機采用自動聚焦鏡頭,如果制作工藝不夠精良,自動聚焦也容易出現(xiàn)偏差,造成失焦模糊;

鏡面:目前市場上大多數(shù)鏡頭都是球面鏡頭。艾博信科技(北京)有限公司總經(jīng)理杜建英認為:“在標清級別上,國產(chǎn)和進口鏡頭無論工藝還是畫質(zhì)效果,都已經(jīng)相差無幾,唯一的差距就是在夜晚紅外焦平面矯正上,國產(chǎn)鏡頭沒有采用非球面技術。夜晚光照不足時,基于球面鏡頭的圖像清晰度大大下降,這是低端項目中普遍存在的現(xiàn)狀。當前,如何快速地將IR非球面鏡頭國產(chǎn)化、低成本化,以便能夠大量的低端項目用的起、用得上。”采用球面鏡頭,除夜間效果不佳外,還容易出現(xiàn)邊緣清晰度不高、畫面有畸變等現(xiàn)象;

特殊鏡頭:常指透霧、透雨、透粉塵等特殊場所專用的鏡頭,據(jù)山東神戎電子股份有限公司智能視頻部部長姜偉介紹:“大氣中的顆粒對光波的散射與光波的波長有關,光波長越短,散射越厲害,當光波波長增加時,在霧雨雪中的穿透能力越強。對于白天彩色成像,中心波長在500nm左右;使用800nm以上近紅外光成像,其成像效果比普通攝像機增加一倍以上。”這些鏡頭利用近紅外長波光線(700nm-950nm)可繞射微小顆粒,并采用近紅外濾色片、鍍膜技術及電子圖像增強技術,將會大幅提升監(jiān)控距離及圖像清晰度。

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研發(fā)高感光元件

如果將鏡頭比作人的眼睛,那么感光元件就是人眼的視網(wǎng)膜,所有光線在其上被映射轉換成電子圖像,再經(jīng)攝像機后端處理形成直觀的圖像視頻流。以往,通常采用CCD作為感光元件,隨著感光元件技術的發(fā)展和高清化監(jiān)控的推動,CMOS也被越來越多地投入到監(jiān)控應用中來。安訊士網(wǎng)絡通訊有限公司解決方案經(jīng)理鄒毓帆坦言:“過去,CCD的監(jiān)控效果要比CMOS好,尤其是夜間,但CMOS通過這幾年的發(fā)展,性能有了極大的飛躍,現(xiàn)在還出現(xiàn)了一些特殊應用場合的CMOS。這些技術產(chǎn)品就是專門為增強光敏性而設計的,CMOS可以做到更高的集成度,隨著技術的發(fā)展,它的光敏性將更加好??梢灶A見,未來監(jiān)控的發(fā)展,CMOS或?qū)⒊蔀橹髁?。所以現(xiàn)在已經(jīng)很難說夜間效果CCD與CMOS誰更好。”

傳感器像素數(shù)的多少,關乎到圖像畫質(zhì)的清晰度。圖像模糊很大一部分是由于視頻源清晰度不夠造成的,比如CIF、QCIF等,像素低,再經(jīng)AD/DA處理后,會損失部分信息,圖像清晰度自然會更低。在高清需求下,感光元件正向著高清化發(fā)展,現(xiàn)在,130萬、200萬像素傳感器已經(jīng)成為主流,300萬、400萬、500萬、800萬甚至更高的像素產(chǎn)品也不鮮見,它們能提供更高清的畫質(zhì),為高清呈現(xiàn)提供了良好視頻源。

另外,針對異常應用環(huán)境,還出現(xiàn)了背照式傳感器等特殊感光技術。在傳統(tǒng)CMOS感光元件中,感光二極管位于電路晶體管后方,進光量會因遮擋受到影響。所謂背照式CMOS就是將它掉轉方向,讓光線首先進入感光二極管,從而增大感光量,提高傳感器的信噪比,顯著改善低光照條件下的拍攝效果。由于背照技術不受金屬線路和晶體管的阻礙,開口率(光電轉換部分在一個像素中所占的面積比例)可提高至近100%,與以往1.75μm間隔的表面照射產(chǎn)品相比,背面照射產(chǎn)品在靈敏度(S/N)上具有很大優(yōu)勢。索尼的ExmorRCMOS傳感器是此類產(chǎn)品的典型代表。

此外,傳感器的安裝工藝對清晰成像也有著緊密聯(lián)系,在應用中,常發(fā)現(xiàn)這樣一些問題,由于傳感器安裝不平衡,所呈現(xiàn)的畫面一側的清晰度很高,而另一側卻顯現(xiàn)模糊不清,這種情況,要解決圖像模糊問題,就只有更換攝像機或讓廠家調(diào)整傳感器的安裝位置了。

提升芯片處理能力

芯片是攝像機的核心部件,攝像機傳感器在將光圖像轉換成電子圖像后都須在DSP處理后才從后端發(fā)射出去,其承載了圖像處理與分析、編解碼壓縮等大量工作,如果是智能設備,還會嵌入大量的智能分析算法,進入高清監(jiān)控時代,其作用更為凸顯?,F(xiàn)在芯片不但要處理高清視頻流,還要對高清數(shù)據(jù)進行分析,無形中又增加了運算量,在龐大的數(shù)據(jù)處理面前,芯片的性能常會顯得捉襟見肘。上海普賽頓計算機技術有限公司技術支撐部工程師張宇帆認為,目前安防設備芯片,比如攝像機的DSP芯片處理能力遠沒有達到PC機般強大,很多應用無法精細處理,而且這些處理工作也無法完全靠機器就能實現(xiàn),還需要人工干預,所以安防產(chǎn)品還不能在如刑偵圖像處理中得到廣泛應用。

處理視頻流需要啟動各種算法和程序,單就智能分析應用來說,常用的智能分析處理器芯片僅能處理1路高清或4路D1視頻流,通常一臺智能分析設備會嵌入4-8種智能分析算法,但在運行時,最多只能同時運行4種智能分析算法,可見,在其有限的處理能力下,芯片是很難完成對模糊圖像的檢驗和矯正。雖如此,許多專業(yè)人士對此仍是抱著積極觀點的,安訊士鄒毓帆認為:“數(shù)字化的發(fā)展最主要就是攝像機芯片性能的提升,從而實現(xiàn)各種視頻處理應用,比如可處理高清、高幀率傳輸?shù)囊曨l流,或處理更加復雜的圖像。”安訊士基于此一直致力于高性能處理芯片的研發(fā),鄒毓帆進一步介紹:“(安訊士)芯片的開發(fā)完全遵循HDTV標準,這讓我們的研發(fā)有依據(jù),也使得芯片對提升圖像清晰度上有保障;另外,還提升了攝像機實時性、抑噪等的處理效果;同時,現(xiàn)在的芯片還可以嵌入包括智能分析在內(nèi)的各種應用。”一句話概括就是,努力提升芯片的處理能力,使其在模糊圖像的檢測及處理上發(fā)揮出更大的作用。

保持傳輸順暢

圖像在傳輸過程中,造成圖像模糊通常有以下兩種情況:

干擾模糊:山東神戎的姜偉認為,選擇何種介質(zhì)和設備傳送圖像和其它控制信號將直接關系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。一般來說,距離在二、三百米以內(nèi),并且無環(huán)境干擾、布線空間大的場所,可以考慮使用常規(guī)的視頻同軸電纜;當傳輸距離在5~6百米以上及1~2公里以內(nèi),或環(huán)境干擾大、布線要求緊湊的場所,可考慮使用網(wǎng)絡用超五類雙絞線;如距離更遠時,光纖就是必然的選擇了,而光端機為監(jiān)控系統(tǒng)提供了靈活的傳輸和組網(wǎng)方式,信號質(zhì)量好、穩(wěn)定性高。而尤以非壓縮數(shù)字圖像光端機效果最好,非壓縮數(shù)字圖像光端機能提供很好的圖像傳輸效果(信噪比大于60dB,微分相位失真小于2°,微分增益失真小于2%),達到了廣播級的傳輸質(zhì)量,并且圖像傳輸是全實時的;

傳輸堵塞:這在網(wǎng)絡傳輸中較為常見,如果傳輸帶寬較窄,而傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流又比較大時,造成數(shù)據(jù)無法順暢傳輸,顯示器畫面中的圖像即表現(xiàn)出馬賽克、畫面停止、畫面跳躍等,如果是由此原因造成圖像模糊,那只能或提升傳輸帶寬或降低監(jiān)控圖像分辨率和幀率了。

顯示端也要匹配

受分辨率的限制,顯示的圖像效果也會不一樣。如果攝像機輸出的圖像分辨率大于顯示器的分辨率或顯示設備銳度不夠、動態(tài)范圍較差等,都有可能出現(xiàn)圖像被截屏(如960H分辨率的圖像,如果沒有相應分辨率的顯示器,所用顯示器的畫面為被切除后的圖像)、畫面不清晰(標清顯示器是無法將高清圖像的細節(jié)呈現(xiàn)的)、圖像變形等現(xiàn)象,其中畫面不清晰和變形最為常見,此種情況下,最佳的解決方案就是更換相應分辨率的顯示設備。

從攝像機成像到實現(xiàn)高清顯示是一個綜合作用的過程,各步驟間需協(xié)同合作才能實現(xiàn)圖像的優(yōu)化,每一個部件都是關鍵,缺一不可。因此,一個好的攝像機,首先要確保自身硬件是優(yōu)良的,這樣才能從信號源頭上降低圖像的模糊程度。盡管目前從攝像機到傳輸,再到顯示設備,仍不能滿足人們對高畫質(zhì)呈現(xiàn)的要求,但正如杭州海康威視數(shù)字技術股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理俞海所說的:“我們對于圖像清晰度的追求是無極限的,因此不能說已‘解決’了圖像模糊的問題,而只能說是‘改善’,只有更好,沒有最好。”因此,硬件的改進仍須孜孜不倦地進行。

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應用補救日益凸顯

硬件是“死”的,軟件是“活”的,硬件渠道行不通,可以通過軟件來實現(xiàn)模糊圖像的優(yōu)化應用,這已經(jīng)成為模糊圖像處理的重要手段。通過軟件來處理模糊圖像,算法種類很多,實現(xiàn)的方式也很多,一些硬件無法處理的問題或可以在軟件中得到修正。通過軟件修復,可將模糊的圖像還原正常,將場景形態(tài)準確還原。軟件處理的應用已經(jīng)成為優(yōu)化監(jiān)控圖像的重要手段,并且日益發(fā)揮出重要的作用,隨著智能分析應用的普及,算法對圖像信息的精確度要求越來越高,圖像優(yōu)化技術也將由此得到進一步推動。

編解碼算法

目前普遍采用的壓縮算法主要是H.264,這是一種高壓縮編解碼算法,具有速度快、信息損失小、成像質(zhì)量高、視頻流對帶寬占用率低等特點;其最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比,在同等圖像質(zhì)量的條件下,H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。上海普賽頓張宇帆介紹說:“H.264算法在處理模糊圖像時可起到互通的作用,對由于帶寬等原因?qū)е虏糠謭D像丟失的視頻流來說,通過H.264算法可推算出原來比較清晰的圖像。”不過,H.264編解碼技術仍有很多局限,還不能很好滿足應用,張宇帆也承認:“在目前來說,H.264的互通推算修復技術實現(xiàn)起來還是比較難。”

在安防應用中,如何找到更加優(yōu)化的壓縮算法是當前的緊迫要務,艾博信總經(jīng)理杜建英認為,“對于編碼問題,當前的研究方向還是如何利用H.264或更加先進的H.265編碼算法,從而在保證畫質(zhì)的情況下,更大地降低碼流。當前在廣電IPTV領域,已經(jīng)有些私有壓縮算法可以達到300Kbps支持全動感D1畫面,2Mbps支持1080P全動感畫面。如果能夠?qū)⑵浣梃b到監(jiān)控領域,那么壓縮算法應該在保證畫面質(zhì)量的情況下,還可以降低一倍,從而達到1Mbps高清畫質(zhì)水平。”不過,根據(jù)安防行業(yè)發(fā)展的特殊性,發(fā)展和應用H.265壓縮算法的可能性更大,也更實際。國際電聯(lián)ITU和MPEG組織曾發(fā)布公告,為H.265設定的技術性能指標是:壓縮效率比H.264提高1倍、且不明顯提高編碼和解碼的計算量。但聯(lián)盟對H.265的草案遲遲不定,何時出臺尚未可知。天地偉業(yè)瞿關明認為:“在當前的數(shù)字圖像技術的背景下,編碼技術是影響圖像質(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,當然會一定程度上解決因為壓縮導致的圖像模糊問題,不過要實現(xiàn)這種算法,通常需要更高的運算代價,所以還需要硬件技術的更新來滿足這樣的算法。”

編解碼壓縮算法的演進過于緩慢,與高速發(fā)展的安防行業(yè)相比,遠遠不能滿足需求,所謂人挪活樹挪死,各廠家為了使自己的產(chǎn)品在軟件處理性能方面更加優(yōu)越,都在原有編解碼壓縮算法的基礎上附加一些優(yōu)化算法,目前常見的附加編解碼優(yōu)化算法有:

帶寬調(diào)節(jié)技術:研發(fā)此類技術的廠家較多,如上海普賽頓的AAS帶寬調(diào)節(jié)技術,可在監(jiān)控畫面為靜態(tài)時系統(tǒng)采用低幀率傳輸,只有畫面有動作時幀率才恢復默認值;

敏感區(qū)域處理技術:此類技術對算法的要求很高,目前能成功應用的廠家不多。該算法以降低運算的數(shù)據(jù)量為原則,通過減少分析區(qū)域降低軟硬件的負荷和帶寬壓力,即系統(tǒng)先對監(jiān)控畫面進行學習,然后分析出哪些是固有的靜態(tài)畫面然后記錄下來,并在監(jiān)控過程中不斷學習,學習后的分析系統(tǒng)只會對畫面中的動態(tài)部分進行分析和傳輸,而對靜態(tài)部分不進行分析,從而降低運算量和帶寬占用量。因為系統(tǒng)要不斷地學習和分析,復雜程度可想而知。艾博信的杜建英指出:“視頻編碼技術始于電視廣播領域,而電視廣播領域的畫面往往都是全動感畫面,整體畫面的運動部分往往達到80%(主持人播放新聞是例外情況),所以直接照搬算法往往導致碼流過大,DSP資源浪費。考慮到大部分監(jiān)控只有30%的動感畫面,所以很多監(jiān)控壓縮算法都是改良/優(yōu)化的視頻壓縮算法。無論是標清還是高清,很多DVR、DVS、IP攝像機廠商為了最大限度地利用DSP的處理能力,從而過度‘優(yōu)化’壓縮編碼算法,實則簡化了編碼的復雜度。這樣一來,在靜止圖像時壓縮質(zhì)量尚可行,一旦畫面中運動目標過多,則導致整體壓縮質(zhì)量下降。”

抽插幀技術:視頻流在經(jīng)過多次編解碼和遠程傳輸后,容易出現(xiàn)幀排列位置偏移現(xiàn)象,在回放時,因各幀位置不一致,快速播放時就會有重影、細節(jié)霧狀、邊緣模糊情況,此問題可通過幀調(diào)整來保證圖像清晰呈現(xiàn),此類技術的代表如海康威視的“暢顯引擎“技術等;

低照度優(yōu)化:低照度呈現(xiàn),考量更多的是硬件的性能,但也有廠家通過軟件的提升,軟硬件相結合從而獲得更高畫質(zhì)的夜間效果,此類技術的研發(fā)廠家較多,如安訊士的“覓光者”就是其中的代表:這是一種面向低照度的專用智能技術,在光照正常的環(huán)境下,攝像機能夠保持正常的成像效果;而當光線變暗,如晝夜轉換時,“覓光者”技術將使畫面保持彩色、流暢和清晰的低照度成像,此時,光圈大小、白平衡、快門速度等都會在“覓光者”系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下自動調(diào)節(jié)。

圖像矯正技術

雖然期待中的H.265沒有如約而至,但基于MPEG-4、H.264等算法下的圖像優(yōu)化處理矯正技術卻不少見,它們配合各種優(yōu)化算法營造出更優(yōu)質(zhì)的圖像效果,較為常見的圖像矯正技術有:

寬動態(tài)(WDR)技術:這是攝像機中最為常見的圖像矯正技術,主要是背光情況針對前后景明暗色調(diào)所進行的處理應用,其主要應用在攝影機視野中同時存在前后景的極暗區(qū)與極亮區(qū)時,要仍能呈現(xiàn)出清晰的畫質(zhì)。常用的WDR方法有兩種,即多重幀幅成像和色調(diào)映像兩種:多重幀幅成像寬動態(tài)技術是指利用不同曝光時間來捕捉交變圖框;曝光時間較長者稱為“長”幀幅,即使較亮部分會有過度飽和現(xiàn)象,但可捕捉視野中較暗部分的細節(jié);另一方面,曝光時間較短的“短”幀幅,實際上會捕捉較明亮的區(qū)域,但較暗部分的曝光則有不足,且可能混有影像噪聲。再利用影像信號處理器(ISP)精密復雜的演算方式,將兩個互補圖框中的最佳部分無縫綴合在一起,產(chǎn)生出能同時保留視野中明亮部分和陰暗部分細節(jié)的合成圖像。

色調(diào)映像寬動態(tài)技術的強化功能則是藉由依視野內(nèi)不同區(qū)域的亮度準位來調(diào)整色度曲線,使較暗區(qū)域變亮、過亮地區(qū)變暗,以提高或強化視訊內(nèi)的整體可見度。

寬動態(tài)圖像處理技術已經(jīng)為攝像機廠家所掌握,但各家側重點略有不同,如上海普賽頓,兩種寬動態(tài)技術都有采用;而安訊士則側重于多次曝光的“動態(tài)捕捉”超級寬動態(tài)技術。

降噪處理:照度不足或信號干擾時易造成畫面噪點增多,視頻監(jiān)控廠家也為此開發(fā)了各種降噪技術,常見的有2D降噪(主要是監(jiān)控攝像機對單幅圖像的噪點進行處理,將其減弱,由于其功能特性,處理后的圖像會相對柔和)和3D降噪技術(監(jiān)控攝像機通過對前后兩幀的圖像進行對比篩選處理,從而將噪點位置找出,對其進行增益控制,從而減少噪點。采用3D降噪的攝像機,圖像噪點會明顯減少,圖像會更透徹),通過降噪處理后,畫面更加干凈整潔;

畸形矯正:前面提到,鏡頭不良有可能造成圖像輪廓畸變,也可通過軟件處理來對畫面中的畸變圖像進行修復,如松下的速杰芯片,就內(nèi)置有此種算法功能,當圖像畸變時,通過軟件手動調(diào)整,可將畫面邊緣彎曲的圖像矯正。

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智能分析加速應用

如果監(jiān)控系統(tǒng)龐大,監(jiān)控點多,模糊圖像的檢測及處理光靠人力是無法完成的,早在數(shù)年前,國內(nèi)就有部分廠家投入到大型監(jiān)控應用中的圖像檢測及處理應用,通過系統(tǒng)的自動檢測,減少人力的投入,并且使檢測精度大為提高。

目前,做視頻智能檢測的廠家越來越多,如海康威視推出的VQD視頻質(zhì)量診斷設備,可以巡查視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像;而東方網(wǎng)力科技股份有限公司在設備運營維護上走得最為靠前,其利用先進的視頻診斷技術,開發(fā)出適用于各種需求場景的視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng),能夠?qū)σ曨l圖像出現(xiàn)的模糊、噪聲、亮度異常和視頻丟失等低質(zhì)視頻以及常見攝像機故障問題進行診斷,能有效預防因硬件或環(huán)境等問題導致的圖像質(zhì)量低下所帶來的損失,并自動生成檢測報告,提供及時且精準的維護信息,第一時間從根源上解決圖像模糊的問題。據(jù)艾博信杜建英介紹,利用智能視頻分析技術,除了可進行模糊視頻診斷外,還可有助于系統(tǒng)利用硬盤容量,將更多的空間分配給高碼流、高畫質(zhì)的人/車目標片段。

智能化應用是理想的,但技術現(xiàn)狀卻是殘酷的。東方網(wǎng)力科技股份有限公司高級工程師孫余順指出:“判斷一幅圖像是否模糊,人為分析、智能分析都可以實現(xiàn),但是智能分析無法判斷出屬于哪一種類型的模糊,模糊程度有多嚴重等,而人可以根據(jù)經(jīng)驗判斷出模糊是由于‘鏡頭離焦’或者‘下雨’等原因引起的。”且無論智能分析的檢測功能如何精確,在自動處理上,仍是其一大硬傷,目前智能分析技術還局限于檢測,對于自動處理仍很難完成,尤其是硬件問題導致的圖像模糊情況更是難以解決。

結語

高清監(jiān)控是基于硬件實現(xiàn)的,歸根結底,要處理好圖像的清晰度,最終還是要提升攝像機的硬件處理能力。杭州海康威視俞海指出:“物理方式才是解決圖像模糊問題的根本途徑,算法只是一種有效的輔助。物理方式能夠?qū)崒嵲谠诘卦黾忧岸瞬杉男畔⒘?,為算法改善提供基礎和空間,任何算法處理都不可能提高信息量,算法處理僅是通過更合理的模型來提高處理結果的信噪比,改善圖像模糊。”

由此可見,硬件才是決定圖像成像質(zhì)量的根本原因,要得到良好的圖像,除需為監(jiān)控提供良好的環(huán)境或條件外,更重要的是要提供具有高成像性能的攝像設備,以獲得最大有效信息量的圖像。只有在圖像欠清晰時才啟用算法處理來進行調(diào)節(jié)。

采用軟件優(yōu)化圖像需規(guī)避兩個問題,一是避免軟件算法把本已清晰的圖像“優(yōu)化”成非清晰畫面;二是提供的硬件設備除了要能支撐高清圖像捕捉外,還要可支撐大量優(yōu)化算法的運行,上海普賽頓張宇帆認為:“再好的處理軟件也需要強大的硬件來作支持,如果軟件發(fā)展太快,沒有可支持的硬件,軟件功能將無法得以實現(xiàn)。我認為,硬件會制約軟件應用,但軟件不會制約硬件的發(fā)展。”

隨著監(jiān)控的發(fā)展,光靠分析與處理模糊圖像是不足以應對日益頻繁的畫質(zhì)問題的,解決此問題的關鍵有賴于智能分析技術的發(fā)展,只有通過智能分析技術自行檢測及處理才是解決圖像模糊的最終途徑,但目前智能分析技術僅能做到模糊圖像檢測和簡單的優(yōu)化處理。智能化是監(jiān)控發(fā)展的必然,因此,模糊圖像的智能化處理還有待行業(yè)的共同推動與發(fā)展。

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