高清成像，還需層層抽絲剝繭

　　在數(shù)字透霧興起之前，邊防、海防、森林高空監(jiān)控、城市高空瞭望等場合的應(yīng)用，只能通過光學鏡頭吸收紅外線的方式來增強圖像的清晰度，從而滿足這些容易出現(xiàn)水汽、霧氣、霧霾場合的監(jiān)控使用。但是，光學透霧鏡頭價格昂貴，綜合造價成本高不說，效果也不一定能切實滿足使用需求。

　　作為安防行業(yè)的排頭兵，視頻監(jiān)控的首要問題就是要突破“看得見”的瓶頸，達到“看得清”的境界。面對霧霾這一棘手問題，安防人始終在不斷努力和探索中。目前主要有兩種方式來解決霧霾、霧氣環(huán)境下的透霧應(yīng)用，一是通過算法的方式，提升圖像的清晰度、色彩飽和度;二是通過光學透霧方式，實現(xiàn)霧霾、霧氣的穿透。兩種方式實現(xiàn)的原理是不一樣的，前者的本質(zhì)是圖像的二次處理，是一種算法矯正;后者是通過物理的方式，通過光學成像的原理提升畫面清晰度。

　　由于兩者本質(zhì)的不同，因此，在測試中，雖然兩者均為安防監(jiān)控攝像機的透霧技術(shù)，但測試重點還是不一樣的。

　　對于采用數(shù)字透霧技術(shù)的攝像機，主要是通過模擬霧霾場景來檢測，即讓圖像變得模糊即可，然后觀察開啟與關(guān)閉透霧功能時，觀察攝像機的表現(xiàn)如何，透霧效果是否顯現(xiàn)出來。其次是仿真模擬霧霾環(huán)境進行測試，這就不得利用一切條件創(chuàng)造煙霧、水汽環(huán)境，然后觀察透霧效果的表現(xiàn)。由于數(shù)字透霧技術(shù)是算法智能化之一，因此還要觀察攝像機在無霧條件下，開啟“透霧”功能后，攝像機是否繼續(xù)“除霧”，以檢驗其智能化效果。而針對光學透霧攝像機，則主要是通過仿真霧霾、水汽、煙霧環(huán)境進行仿真測試，以觀察攝像機的紅外接收能力和圖像處理除霧效果如何，是否達到了良好的透霧使用表現(xiàn)。光學透霧是采用物理方式的透霧技術(shù)，因此不進行圖像模糊方式進行檢驗。

　　針對光學透霧技術(shù)，還需要檢驗是否支持彩色除霧應(yīng)用。當然，除了透霧功能外，本次也會就攝像機的畫質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制等功能進行檢測，以給讀者一個全面的設(shè)備性能展現(xiàn)。

　　透霧技術(shù)方法論

　　關(guān)于透霧攝像機，a&s已經(jīng)做過不少檢測，也在不斷接觸、評測中，見證了透霧攝像機的發(fā)展。以目前的行業(yè)發(fā)展水平，透霧技術(shù)無外乎三種：

　　·圖像算法透霧處理;

　　·鏡頭光學透霧;

　　·濾波片光學透霧。

　　關(guān)于算法透霧技術(shù)，最早是在國際品牌產(chǎn)品中出現(xiàn)，如三星的百萬高清攝像機，隨著2012年?？低曂瞥隽?30萬明星級SMART攝像機后，支持算法透霧技術(shù)的攝像機如雨后春筍般涌現(xiàn)，而且算法透霧效果也是越來越好。

　　但數(shù)字透霧技術(shù)有很大的局限性。由于數(shù)字透霧(也叫除霧功能，與工程實際應(yīng)用中的設(shè)備加熱除霧氣是兩個不同概念)是通過算法的智能化處理，當圖像出現(xiàn)朦朧化效果時，自動調(diào)節(jié)銳度、圖像對比度、色度等方式，將朦朧畫面調(diào)節(jié)至更為適于觀看的效果。數(shù)字透霧的優(yōu)勢是保住了圖像的彩色細節(jié)，并增強了可看度，但實際上，圖像的清晰度是沒有提升的。而這也是成本最低、最為普及的一種透霧應(yīng)用方式，目前主流監(jiān)控設(shè)備商所開發(fā)的中高端監(jiān)控產(chǎn)品，幾乎都支持了數(shù)字透霧處理功能。

　　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。不過，從目前的應(yīng)用效果看，能夠支持到自動判斷圖像是否有“霧”、濃度多少的攝像機不多，大部分都還是依靠手動開啟、關(guān)閉的方式。

　　而數(shù)字透霧技術(shù)，由于采用的是算法處理技術(shù)，也不再僅僅限于攝像機，目前已經(jīng)延伸到后端，如透霧顯示器/監(jiān)視器、透霧DVR、透霧NVR等，讓透霧應(yīng)用變得更為廣泛，也滿足了目前透霧產(chǎn)品線不全或原有設(shè)備不支持透霧技術(shù)的后端升級應(yīng)用。

　　接著說光學透霧。光學透霧利用的是光的不同波段有不同的特性這個特點原理來實現(xiàn)的，自然光由不同波長的光波組合而成，波長從長到短分別是紅橙黃綠青藍紫七種顏色，其中波長小于390nm的叫做紫外線，波長大于780nm的叫做紅外線。紅外線波長較長，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)。

　　采用鏡頭的方式，就是在鏡頭處增加了IR感知能力，讓更多的紅外線傳達到傳感器上。該技術(shù)是不分時段、不分場合的“開啟”透霧模式，且無論是彩色模式還是夜間模式，都能較非透霧鏡頭獲得更多的有效光線，從而輔助攝像機實現(xiàn)更為優(yōu)良的清晰度效果。當然，透霧鏡頭還需要解決一個問題，那就是可見光與紅外非可見光在任意光照環(huán)境下，均可準確的聚焦到同一個點上，只有這樣，才能確保成像的高清，否則將會出現(xiàn)虛焦，這也是透霧鏡頭的一個必要的技術(shù)難點。

　　由于采用鏡頭作為光學透霧方式的成本較高，難以在很多場合中普及，因此不少監(jiān)控設(shè)備商一直都在尋求新的解決方案。2013年下半年，宇視科技率先突破了這一技術(shù)瓶頸，通過采用濾光片的方式來實現(xiàn)光學的透霧應(yīng)用，這是安防的一個創(chuàng)新方案。其實現(xiàn)的原理為，當將攝像機切換到光學透霧模式時，攝像機將自動切換透霧濾光片，讓攝像機過濾并吸收紅外線，從而實現(xiàn)清晰度的大幅提升。此類光學透霧技術(shù)，對鏡頭的要求則下降了許多，只要是滿足攝像機正常監(jiān)控使用的鏡頭都可適用。當然，對鏡頭要求支持IR紅外矯正功能是必不可少的，而目前的高清鏡頭，幾乎清一色地支持IR矯正功能，由此可以說，采用濾波片的光學透霧攝像機，基本可以排除對鏡頭的特殊依賴性。

　　透霧技術(shù)再升級

　　經(jīng)過了數(shù)年的發(fā)展，透霧技術(shù)也隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展而不斷得到優(yōu)化和提升，首先是數(shù)字透霧技術(shù)的優(yōu)化;其次是光學透霧方案的創(chuàng)新。下面我們就來介紹一下a&s安防自動化于7月測試的兩款分別代表了當前數(shù)字透霧和光學透霧的產(chǎn)品為例進行介紹。

　　數(shù)字透霧效果明顯優(yōu)化

△  大華攝像機透霧功能-關(guān)


△  大華攝像機透霧功能-開
 

　　大華DH-IPC-HFW8331D-Z系列300萬像素超寬動態(tài)紅外透霧型攝像機采用的即是數(shù)字透霧的方式。大華自從在攝像機中引入數(shù)字透霧技術(shù)后，一直保持著自己的特色，其產(chǎn)品支持自動和手動可調(diào)的方式來處理圖像的模糊情況。而在手動模式下，分別可對透霧強度、大氣模式可調(diào)，以增強“除霧”效果。

　　從實測效果看，該機在自動模式下，即能將透霧效果處理得跟手動模式下的最佳效果一致，自動處理算法還是比較靠譜、智能化的。但這還不是該機的亮點，其優(yōu)勢是，雖然為數(shù)字透霧處理，但畫面的“去霧”效果明顯，在保持彩色畫面不變的情況下，可將除霧的效果較之前有了很好地提升，經(jīng)處理后，朦朧的畫面上，“霧”的存在感很低，取而代之的是清爽、通透的畫面。這也看出，該機不僅僅是簡單的圖像增強，更是在透霧算法方面的智能化提升。

　　光學透霧技術(shù)再突破

　　過去，國內(nèi)品牌中，唯有宇視一家提供有非鏡頭的光學透霧技術(shù)方案產(chǎn)品;?？低曔^去則是清一色的數(shù)字透霧產(chǎn)品。此次檢測的?？低旸S-2CD4026FWD/D星光級200萬超寬動態(tài)專業(yè)透霧型槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機，則是?？低暪鈱W透霧監(jiān)控攝像機的首次亮相。該機采用了濾波片的方式來吸收紅外光線，從而獲得更為清晰的圖像效果。

　　該設(shè)備支持雙透霧模式，即數(shù)字透霧和光學透霧，該機采用了全智能處理方式，一鍵開啟或關(guān)閉，不提供透霧等級調(diào)節(jié)功能。在實測中，該機的數(shù)字透霧有著不錯的表現(xiàn)，除了能保持彩色的畫面效果外，畫面的清晰度、色彩都有不錯的提升。但最佳的效果在于透霧技術(shù)，根據(jù)設(shè)計要求，該機的光學透霧需在夜間模式下才能獲得最佳的效果;但實測中，在白天模式下開啟光學透霧功能，其效果要較數(shù)字透霧模式下所得的畫面更為清晰;而在開啟夜間模式時，畫面則干凈、整潔，很難察覺到畫面有“霧氣”存在。可以這么說，該機可實現(xiàn)的透霧方式有：數(shù)字透霧、彩色模式下的光學透霧、黑白模式下的光學透霧，所得到的透霧效果，也是層層遞進，并以黑白模式下的光學透霧表現(xiàn)最佳。作為一款主打光學透霧的攝像機，該機除了采用物理方式增強清晰度外，也提供了算法輔助，從而讓光學透霧技術(shù)得以更大程度的發(fā)揮和展示。

△  ?？低晹z像機光學透霧功能-關(guān)


△  ?？低晹z像機光學透霧功能-開
 

　　透霧攝像機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及散熱性

　　首先看數(shù)字透霧攝像機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于采用的是算法處理方式，勢必要對芯片造成一定壓力;處理需求的增多，也會相應(yīng)地提升設(shè)備的運行溫度。不過，目前的攝像機都已經(jīng)比較成熟，在零配件選用上，也是得心應(yīng)手，什么樣的功能搭配什么樣的硬件，都有成熟的方案，因此，單就數(shù)字透霧技術(shù)來說，此類攝像機的散熱性并不高，以本次的數(shù)字透霧攝像機大華DH-IPC-HFW8331D-Z為例，這是一款成熟的筒型槍式攝像機，在整個測試過程中，設(shè)備的溫度上升并不明顯。

△  大華攝像機前端結(jié)構(gòu)


△  ?？低晹z像機后面板及片翅設(shè)計
 

　　而光學透霧攝像機，在雖然有算法的處理，但透霧對攝像機的整體圖像處理功能來說，所能增加的壓力也不多。從之前我們測試過的相關(guān)光學透霧型攝像機來看，透霧算法對攝像機的溫度的提升也不是很明顯的。而本次測試的?？低旸S-2CD4026FWD/D星光級200萬超寬動態(tài)專業(yè)透霧型槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機，則在測試過程中，在26℃左右的室內(nèi)環(huán)境下，機身溫度竟然達到了50℃以上，這是頗為少見的，為了降低散熱，該機在結(jié)構(gòu)上較?？低暤牡谝淮鶶MART攝像機來說，增加了易于散熱的片翅設(shè)計。而實際上，本次測評的DS-2CD4026FWD/D是一款SMART 2.0智能網(wǎng)絡(luò)攝像機，內(nèi)部植入了各種智能分析算法，同時，對低照度、寬動態(tài)、數(shù)字降噪等功能也進行了算法提升，在功能的不斷增加下，該機的處理散熱量會比較大;同時，該設(shè)備作為一款新品，軟件版本的算法優(yōu)化還在不斷提升當中，由于測試時，版本比較低，散熱量大必不可少;事后，我們對攝像機進行了軟件版本的升級，此時攝像機的工作溫度降到了40℃左右。

　　再看安裝性。兩個設(shè)備均支持PoE供電功能，測試中，只需給攝像機接入一根帶PoE供電的網(wǎng)線，即完成了設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)和使用;同時，設(shè)備提供有BNC前端調(diào)試圖像輸出功能，對調(diào)試也是很便利的;而大華的設(shè)備還支持后端變焦、聚焦功能，更省去了前端調(diào)試的麻煩。

　　透霧攝像機畫質(zhì)及功能表現(xiàn)

　　我們首先看畫質(zhì)功能。?？低暤墓鈱W透霧攝像機采用的是主流的H.264壓縮算法;大華采用的是最新的H.265壓縮算法。前者在4Mbps下可保持良好的1080P畫質(zhì)效果;后者由于算法的低壓縮速率，在3Mbps下就可正常運行300萬高清畫質(zhì)，由于算法的不一樣，兩者在帶寬處理上不具備典型可比性。不過可以肯定的是，這兩款分別作為各自的最新產(chǎn)品之一，都良好地延續(xù)了技術(shù)實力，保證了圖像畫質(zhì)的高清表現(xiàn)，其中?？低暤乃胶痛怪鼻逦冉咏?100TVL，邊緣清晰度為1000TVL;大華為水平清晰度1300TVL，垂直達到1200TVL;色彩還原、灰階等方面都有良好的還原表現(xiàn)。

　　再看功能方面，寬動態(tài)、背光補償、強光抑制等功能均是支持，而在低照度方面，這兩款攝像機延續(xù)了海康威視和大華兩家的星光級優(yōu)勢，實現(xiàn)0.001Lux的星光級效果是沒有問題的。而在智能分析方面，這兩款設(shè)備支持的功能非常豐富：

　　·大華DH-IPC-HFW8331D-Z：支持虛焦偵測、區(qū)域入侵、拌線入侵、物品遺留/消失、場景變更、徘徊檢測、人員聚集、快速移動、非法停車、音頻異常偵測、人臉偵測、外部報警、客流量統(tǒng)計、熱度圖等;

　　·?？低旸S-2CD4026FWD/D：支持越界偵測、區(qū)域入侵偵測、進入/離開區(qū)域偵測、徘徊偵測、人員聚集偵測、快速運動偵測、停車偵測、物品遺留/拿取偵測、場景變更偵測、音頻陡升/陡降偵測、音頻有無偵測、虛焦偵測、車輛檢測(支持車牌識別，車型/車標/車身顏色/車牌顏色識別)、混行檢測(檢測正向或逆向行駛的車輛以及行人和非機動車，自動對車輛牌照進行識別，可以抓怕無車牌的車輛圖片)等。

　　由于兩者可支持的智能分析算法眾多，尤其是?？低暤腄S-2CD4026FWD/D，設(shè)備商還提供了定制化服務(wù)，可根據(jù)客戶的不同需求，針對性地植入所需智能分析功能。




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