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透雾技术:拨开云雾,还原始真

2011年11月以来,PM2.5、雾霾成为每个人生活中最热门的关键词之一。几年来,雾霾越发严重,今年从入秋开始,雾霾便再度袭来,迅速蔓延至中国的大块版图,成为影响人们身心健康和工作生活的一大问题。在雾霾笼罩下,导致普通监控摄像机难以看清和识别建筑、人脸、车牌等实物,对于城市治安和交通管治等工作存在隐患,为了弥补视频监控在大雾天中成为“近视眼”,摄像机必须支持透雾技术。
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  2011年11月以来,PM2.5、雾霾成为每个人生活中最热门的关键词之一。几年来,雾霾越发严重,今年从入秋开始,雾霾便再度袭来,迅速蔓延至中国的大块版图,成为影响人们身心健康和工作生活的一大问题。在雾霾笼罩下,导致普通监控摄像机难以看清和识别建筑、人脸、车牌等实物,对于城市治安和交通管治等工作存在隐患,为了弥补视频监控在大雾天中成为“近视眼”,摄像机必须支持透雾技术。

  ■ 文/焦盛元

  今年“两会”上,雾霾治理成为提及频度最高的热点之一。代表委员们认为,政府应进一步加强防治力度,更加注重运用市场和法治手段,促进企业更好地履行社会责任,全社会“同呼吸、共奋斗”,形成合力,以切实的成效保护和改善生态环境、造福全体人民。

  大力治霾已上升至国家政策高度,然而效果却收效甚微。自10月以来,华北中南部、黄淮、江淮中东部、江南东北部、东北地区中部及四川盆地等地相继出现轻到中度霾天气,局地重度霾,其中北京、天津、河北中南部、山东西部等地PM2.5值屡次爆表,达到重度污染。

  雾霾对视频监控的影响

  随着人类对自然的过度开发,环境问题日益凸显,近年来新增的问题之一则是雾霾的出现,雾霾对视频监控系统提出了严峻考验,主要表现在几个方面:物体表面的反射光由于大气粒子的散射而产生衰减,造成物体成像的亮度减弱,图像色彩暗淡;反射光经大气粒子前向散射作用参与其它像素点成像,导致图像模糊、分辨率下降;部分大气粒子的粒径较大,在成像过程中成为噪声,成像上布满糙点;与成像无关的自然光经过大气粒子的散射,进入图像传感器参与成像,造成图像饱和度、对比度降低及色调偏移,一些重要目标的细节更是难以辨识。

  雾霾来袭,视频监控如何对抗?答案是透雾技术。这种情况之下,就需要摄像机具备“透视”的功能,拨开云雾,还原始真。

  发展历程:透雾技术呈阶段式发展

  一般而言,透雾技术分为数字透雾(亦称算法透雾)和光学透雾(亦称物理透雾)两种。然而,数字透雾和光学透雾互有优劣势,并且互补。因此,目前出现了能够融合这两种透雾技术的优势,“光学+算法”透雾技术为摄像机同时兼备经济实用的功能。

  光学透雾:第一代透雾技术

  据杭州海康威视数字技术股份有限公司技术支持工程师姚静介绍,透雾监控需求最早出现在海事边防等国防应用,一开始相关产品都只在透雾镜头上做研究,研发了一种光学透雾技术,也就是我们通常所说的第一代透雾技术。浙江大华技术股份有限公司产品经理迟阳解释,光学透雾的依据是雾气、烟尘等空气中的小颗粒对光线有阻挡作用,使光线反射而无法通过,所以只能接收可见光的人眼是看不到烟尘雾气后面的物体的。而波长越长,衍射能力越强,即绕过阻挡物的能力越强,而红外线因为拥有较长的波长,在传播时受气溶胶的影响较小,可穿过一定浓度的雾霭烟尘,实现准确聚焦,从而呈现清晰的图像细节。

  数字透雾:第二代透雾技术

  为了弥补光学透雾的黑白成像,实现更好的透雾效果,同时减低成本,不少厂商为了进入民用市场开始进一步在透雾技术上做文章,从而出现了第二代透雾技术数字透雾。与光学透雾实现原理不同,数字透雾主要是通过对图像的二次处理,是一种算法矫正,而光学透雾是通过物理的方式,通过光学成像的原理提升画面清晰度。

  天津天地伟业数码科技有限公司产品总监郭辉说到,数字算法透雾可根据物理上雾霾的形成模型,通过局部区域灰白程度判断雾霾的浓度,从而复原出清晰的无雾霾图像。采用算法透雾技术能够保留图像的原来色彩,在光学透雾的基础上大幅提升图像透雾效果。

  光学+算法:第三代透雾技术

  前两种透雾技术各有千秋,却也都存在一定的缺陷,且具有互补性,于是第三代透雾技术便将前两代透雾技术进行融合,打造“光学+算法”的透雾技术,配置低照度性能更好的感光芯片和专门的透雾滤光片,同时配合光学透雾镜头增加了相应的算法透雾,成为目前市场上透雾效果最好的技术。光学+算法透雾,在原有光学透雾的基础上使透雾效果得到进一步的提升,海康威视姚静认为,“这种技术依赖于各大厂家透雾算法技术的不同,效果也有好坏”。天地伟业郭辉也表示,“安防厂商需要不断改进自己的核心算法,才能够真正掌握技术上的核心竞争力。”

  实际应用:民用市场难入 但前景无限

  透雾摄像机因其特殊性,弥补了热成像系统的局限性,用清晰透彻的画面及完美的成像现场细节,赢得了军方的青睐,刚开始主要应用在军方。后来随着环保意识崛起,许多国家对森林及水文监控系统的重视,透雾摄像机得到了一个非常合适的应用场合,开始迅猛发展,广泛用于森林、江河、国境海岸、机场等地区。随着我国平安城市建设力度的不断加大,在城镇道路、车载透雾、城镇取水口等地方也有广泛的应用。

  海康威视姚静指出由“光学+算法”升级后的超级透雾技术,可用于多种户外需要预防浓雾的场合,如高速公路、铁路、航运、机场跑道等重要或事故易发区段;发电厂与电力传输设备、通讯基站等重点监控区域;河道、港口、边境、海事监控、森林防火等观察距离较长的监控应用;中小学校园、城市广场、旅游景区等。从应用的行业来看,包括交通、公安、航空、通讯、环保、水利、农林牧渔,以及边防等。

  长期以来,红外摄像机一度被人称为全天候摄像机,但是却因为雾霾、积尘等原因达不到人们的期望值。除具备基本功能外,如何在大雾环境下记录高清图像,成为这些行业用户的实际需求。

  在实际应用中,受制于技术的缺陷,透雾摄像机难以迅速进入民用市场。首先,光学透雾因其在红外波段成像只能是黑白图像,且这种透雾方式对镜头、滤波片等硬件设备的要求过高,造成成本太贵,想要在民用市场实现广泛应用还需要时日;其次,算法透雾对于企业研发实力要求高,目前能够实现这种图像处理算法的厂家不是很多,造成市场上以次充好现象严重,打击了消费者的购买欲望。“从市场经济的角度来看,该现状对透雾摄像机的推广十分不利”,大华股份迟阳对此表示担忧。

  但是,随着近几年雾霾持续出现,从时间上和范围上不断加深,且柴静的《穹顶之下》纪录片将雾霾问题推向社会,引起国家和群众超高关注的连锁反应。未来随着用户对监控需求的不断提升,透雾算法的不断突破以及设备成本的下降,透雾摄像机以其良好的透雾效果将不断赢得市场好评,随之市场规模会不断扩大,大华股份迟阳按照目前测算的结果,计算透雾摄像机每年会有超过10万台以上的市场需求。未来也将会朝着提高成像质量,朝着细分市场和民用市场不断延伸。

  透雾技术哪家强 厂商来PK

  在实际透雾时,根据雾的成因、颗粒大小、浓度、密度的不同,透雾摄像机的监控效果也各不相同,业界普遍认为一款具备透雾功能的摄像机镜头必须具备三个要素:具有色差补偿的镜头、具备近红外线灵敏度的CCD、黑点平拉伸的图像处理器。但考虑到市场和用户,则需要从价格、用户体验方面进行考究。这也成为透雾摄像机无法广泛使用的重要因素。关于透雾摄像机,a&s通过不断的测评、检测,基本对行业内的不同厂商的不同透雾摄像机有不少了解,并在不断的测评中见证了透雾摄像机三个阶段的发展。

  海康威视在技术上不断突破,自主研发第三代“光学+算法透雾”技术:超级透雾,业界首创集成光学透雾、SSD透雾算法、自适应感应算法三位一体技术。

  大华自从在摄像机中引入数字透雾技术后,一直保持着自己的特色,其产品支持自动和手动可调的方式来处理图像的模糊情况。而在手动模式下,分别可对透雾强度、大气模式可调,以增强“除雾”效果。

  天地伟业摄像机就测试情况看,在操作层面上、处理的智能化程度非常高,无需过多的人为手动调节干预,即可实现良好的透雾应用。

  结语

  经过多年的发展,视频监控已经实现了从“看得见”走向“看得清”的道路,尤其是透雾技术的出现,为视频监控增添了“透视”的功能。随着透雾技术的不断发展,“光学+算法”透雾技术逐渐成为未来厂商不断发力的大方向。作为安防行业潜力最大的技术之一,透雾技术将能在技术和应用上更进一步。

  然而,市场的鱼龙混杂,不断充斥着“假透雾”“雾里看花”现象,用户难以鉴别,也就“挑花了眼”。要想冲破雾霾,不再模糊,企业还需从算法上做突破,掌握透雾的核心算法,就能走在技术的最前端。

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