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(xué)鏡頭吸收紅外線的方式來增強(qiáng)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(xué)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(shí)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(dá)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(xué)透霧方式，實(shí)現(xiàn)霧霾、霧氣的穿透。兩種方式實(shí)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(xué)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(jī)的透霧技術(shù)，但測試重點(diǎn)還是不一樣的。

　　對于采用數(shù)字透霧技術(shù)的攝像機(jī)，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(jī)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(jìn)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(jī)在無霧條件下，開啟“透霧”功能后，攝像機(jī)是否繼續(xù)“除霧”，以檢驗其智能化效果。而針對光學(xué)透霧攝像機(jī)，則主要是通過仿真霧霾、水汽、煙霧環(huán)境進(jìn)行仿真測試，以觀察攝像機(jī)的紅外接收能力和圖像處理除霧效果如何，是否達(dá)到了良好的透霧使用表現(xiàn)。光學(xué)透霧是采用物理方式的透霧技術(shù)，因此不進(jìn)行圖像模糊方式進(jìn)行檢驗。

　　針對光學(xué)透霧技術(shù)，還需要檢驗是否支持彩色除霧應(yīng)用。當(dāng)然，除了透霧功能外，本次也會就攝像機(jī)的畫質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制等功能進(jìn)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(jī)，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(jī)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(xué)透霧;

　　·濾波片光學(xué)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(jī)，隨著2012年海康威視推出了130萬明星級SMART攝像機(jī)后，支持算法透霧技術(shù)的攝像機(jī)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(shí)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(dāng)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(xì)節(jié)，并增強(qiáng)了可看度，但實(shí)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(qiáng)方法，通過增強(qiáng)圖像的對比度，滿足主觀視覺的要求來達(dá)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(jìn)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(jī)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(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)彩色增強(qiáng)、反差增強(qiáng)、邊緣增強(qiáng)、對比度增強(qiáng)和亮度增強(qiáng)，并進(jìn)行密度分割、去模糊等運(yùn)算，使不同場景下的攝像畫質(zhì)得到明顯提高，達(dá)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(jìn)行相應(yīng)處理。

　　芯片會實(shí)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(dá)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(jìn)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(jī)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(jī)，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(xué)透霧。光學(xué)透霧利用的是光的不同波段有不同的特性這個特點(diǎn)原理來實(shí)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(lán)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，這就是光學(xué)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(dá)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(jī)實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)良的清晰度效果。當(dāng)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(zhǔn)確的聚焦到同一個點(diǎn)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(diǎn)。

　　由于采用鏡頭作為光學(xué)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(shí)現(xiàn)光學(xué)的透霧應(yīng)用，這是安防的一個創(chuàng)新方案。其實(shí)現(xiàn)的原理為，當(dāng)將攝像機(jī)切換到光學(xué)透霧模式時，攝像機(jī)將自動切換透霧濾光片，讓攝像機(jī)過濾并吸收紅外線，從而實(shí)現(xiàn)清晰度的大幅提升。此類光學(xué)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(jī)正常監(jiān)控使用的鏡頭都可適用。當(dāng)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(xué)透霧攝像機(jī)，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(xué)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(dāng)前數(shù)字透霧和光學(xué)透霧的產(chǎn)品為例進(jìn)行介紹。

　　數(shù)字透霧效果明顯優(yōu)化

△  大華攝像機(jī)透霧功能-關(guān)


△  大華攝像機(jī)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(jī)采用的即是數(shù)字透霧的方式。大華自從在攝像機(jī)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(qiáng)度、大氣模式可調(diào)，以增強(qiáng)“除霧”效果。

　　從實(shí)測效果看，該機(jī)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(jī)的亮點(diǎn)，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(jī)不僅僅是簡單的圖像增強(qiáng)，更是在透霧算法方面的智能化提升。

　　光學(xué)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(xué)透霧技術(shù)方案產(chǎn)品;海康威視過去則是清一色的數(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(jī)，則是?？低暪鈱W(xué)透霧監(jiān)控攝像機(jī)的首次亮相。該機(jī)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(xué)透霧，該機(jī)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(shí)測中，該機(jī)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(jī)的光學(xué)透霧需在夜間模式下才能獲得最佳的效果;但實(shí)測中，在白天模式下開啟光學(xué)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?？梢赃@么說，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)的透霧方式有：數(shù)字透霧、彩色模式下的光學(xué)透霧、黑白模式下的光學(xué)透霧，所得到的透霧效果，也是層層遞進(jìn)，并以黑白模式下的光學(xué)透霧表現(xiàn)最佳。作為一款主打光學(xué)透霧的攝像機(jī)，該機(jī)除了采用物理方式增強(qiáng)清晰度外，也提供了算法輔助，從而讓光學(xué)透霧技術(shù)得以更大程度的發(fā)揮和展示。

△  海康威視攝像機(jī)光學(xué)透霧功能-關(guān)


△  ?？低晹z像機(jī)光學(xué)透霧功能-開