安防監(jiān)控模糊圖像處理技術(shù)的研究和應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展、信息化普及度加大,以及人們安防意識(shí)的提高,實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為人們生活中不可或缺的一部分,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、交通、社會(huì)安全等方面。但是受惡劣天氣(霧、雨、風(fēng)、光等)和監(jiān)控系統(tǒng)自身技術(shù)條件的限制,視頻圖像往往達(dá)不到理想的效果。圖質(zhì)出現(xiàn)退化或模糊不清,進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)識(shí)別、取證、事件分析等操作造成困難,使系統(tǒng)無法正常應(yīng)用。因此,模糊圖像處理技術(shù)的研究和應(yīng)用在安防領(lǐng)域具有很重要的意義。
模糊圖像產(chǎn)生的原因分析
系統(tǒng)自身因素
一個(gè)全模擬監(jiān)控系統(tǒng)中,從前端到后端由圖像采集、圖像傳輸、圖像存儲(chǔ)、圖像顯示等幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。在每一個(gè)環(huán)節(jié)或都會(huì)產(chǎn)生視頻信息損失,也就是讓圖像質(zhì)量變差或變模糊。
鏡頭:影響進(jìn)入攝像機(jī)的光通量和成像的精確性,會(huì)直接導(dǎo)致圖像模糊;攝像機(jī)感光元件Sensor:影響到光信號(hào)的采集和光電轉(zhuǎn)換效果,會(huì)直接導(dǎo)致圖像模糊;視頻傳輸電纜兩端的BNC接頭:因信號(hào)屏蔽的縫隙會(huì)造成信號(hào)損失,視頻傳輸電纜經(jīng)過長(zhǎng)距離的傳輸,傳輸線纜的電阻、屏蔽、阻抗匹配等問題,都會(huì)引起信號(hào)的衰減,也會(huì)直接導(dǎo)致圖像質(zhì)量變差變模糊,監(jiān)視器圖像呈現(xiàn)端也會(huì)有一定的信號(hào)損失。
在一個(gè)全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,采用網(wǎng)絡(luò)傳輸,經(jīng)過數(shù)字化編碼的視頻信號(hào)的傳輸和存儲(chǔ)相對(duì)于模擬系統(tǒng),可以更有效避免因信號(hào)衰減造成圖像損傷。但是,在鏡頭、圖像采集以及后端呈現(xiàn)時(shí)的圖像信號(hào)耗損仍然無法避免。另外,在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,又增加了視頻信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、視頻編碼壓縮環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)仍會(huì)導(dǎo)致圖像信息的損失?,F(xiàn)有的視頻壓縮編碼算法都是有損壓縮,會(huì)直接導(dǎo)致視頻信息的丟失,影響視頻清晰度。
自然環(huán)境
除系統(tǒng)本身因素以外,自然環(huán)境對(duì)視頻圖像清晰度影響也非常大。若遇到刮風(fēng)、下雨、下雪、大霧等自然天氣,都會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量急劇下降或模糊不清。除此以外,還有照度不足、背光、逆光、溫度過低或過高等,都會(huì)對(duì)圖像還原系統(tǒng)造成影響,影響到圖像清晰度。在光線不足的條件下,攝像機(jī)的Sensor成像會(huì)產(chǎn)生很多噪聲,這些噪聲會(huì)影響圖像清晰度,而且會(huì)使圖像編碼的碼流大幅增加。
人為環(huán)境
供電系統(tǒng)的電源不“干凈”,即竄入比較強(qiáng)的干擾信號(hào),具體是指在50Hz的正弦波上疊加有干擾信號(hào),如果電網(wǎng)中有大功率可控硅調(diào)頻調(diào)速裝置、可控硅整流裝置、可控硅交直流變換裝置等都會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生污染。
電視監(jiān)控系統(tǒng)附近有很強(qiáng)的電磁干擾源或電磁輻射。電磁干擾源如電焊、無線電發(fā)射、大電機(jī)、大繼電器的干擾等,也會(huì)導(dǎo)致對(duì)視頻信號(hào)干擾。電磁干擾會(huì)導(dǎo)致圖像有間距相等的豎條或圖像呈規(guī)律性閃爍條紋等,從而導(dǎo)致圖像模糊。還有,就是人為破壞導(dǎo)致,比如被弄得難以識(shí)別的車牌等,致使攝像機(jī)無法攝取車牌號(hào)等。
模糊圖像處理技術(shù)的發(fā)展
從20世紀(jì)90年代以來,安防行業(yè)經(jīng)歷了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。隨著安防監(jiān)控系統(tǒng)從全模擬到全數(shù)字的發(fā)展,人們對(duì)圖像質(zhì)量要求越來越高,圖像分辨率也經(jīng)歷了從CIF到標(biāo)清再到高清的變遷。
早期傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)采用模擬信號(hào)傳輸方式,稱為第一代全模擬監(jiān)控時(shí)代,那時(shí)的視頻文件通過磁帶錄像機(jī)進(jìn)行錄制和保存。因?yàn)橐曨l圖像的存儲(chǔ)都是采用模擬設(shè)備,模擬存儲(chǔ)設(shè)備隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng),圖像會(huì)有一定的信息損失。但是模糊圖像處理技術(shù)是基于數(shù)字圖像進(jìn)行處理的技術(shù),所以在純模擬年代,其還沒有被引入到安防領(lǐng)域。
因模擬監(jiān)控系統(tǒng)固有的缺陷,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字存儲(chǔ)方式逐漸取代了模擬磁帶存儲(chǔ)。隨之進(jìn)入了第二代準(zhǔn)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng),以數(shù)字硬盤錄像DVR為主,替代了模擬錄像機(jī),跨出數(shù)字監(jiān)控的第一步。在視頻圖像數(shù)字化以后,圖像處理技術(shù)開始派上了用場(chǎng),模糊圖像處理技術(shù)逐步被引入到安防領(lǐng)域。
隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,目前視頻監(jiān)控已經(jīng)發(fā)展到了基于IP網(wǎng)絡(luò)的全數(shù)字監(jiān)控時(shí)代,這樣就進(jìn)入了第三代全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控時(shí)代。這個(gè)時(shí)代的代表產(chǎn)品以IPC、NVR為主。視頻圖像數(shù)字化以后,模糊圖像處理技術(shù)在安防領(lǐng)域便得到了廣泛的應(yīng)用。
模糊圖像處理技術(shù)屬于圖像處理技術(shù)的一種,其利用計(jì)算機(jī),對(duì)圖像信息中的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算或處理,以期提高圖像的質(zhì)量,使達(dá)到預(yù)期的結(jié)果,因此也稱為計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)。如對(duì)被噪聲污染的圖像除去噪聲、對(duì)信息微弱的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理、對(duì)失真的圖像進(jìn)行幾何校正等。近年,隨著人們安全防范意識(shí)越來越高和社會(huì)對(duì)安保需求的越來越強(qiáng)烈,監(jiān)控圖像處理技術(shù)也將在這樣的市場(chǎng)需求和規(guī)律中不斷演進(jìn),并發(fā)揮出越來越明顯的作用。
安防行業(yè)的特殊要求
計(jì)算機(jī)圖像處理是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。由于計(jì)算機(jī)的處理速度極快,且數(shù)字信號(hào)具有失真小、易保存、易傳輸、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),因而計(jì)算機(jī)圖像處理的應(yīng)用十分廣泛,包括航空航天、遙測(cè)技術(shù)、醫(yī)療器械、工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)、安全識(shí)別等各大領(lǐng)域。每一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都有其特殊性要求,在安防監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用也有其固有的特殊性:
1、對(duì)圖像清晰度要求較高。在治安監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng),公安機(jī)關(guān)往往需要通過監(jiān)控錄像來辨認(rèn)嫌疑人、證據(jù)等,一般清晰度不高的視頻都達(dá)不到這種要求。在交通監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng),交警需要通過監(jiān)控圖像來識(shí)別車牌、違章行為、駕駛?cè)说纫螅:龍D像在這種場(chǎng)合根本無法應(yīng)用。
2、不同行業(yè)的監(jiān)控,對(duì)圖像要求具有差異性。比如醫(yī)療監(jiān)控,對(duì)圖像的色彩還原性要求比較高。智能交通監(jiān)控,對(duì)攝像機(jī)夜間照度和抓拍速度要求比較高,要求能清晰辨別車牌。在無人值守監(jiān)控,需要設(shè)備在無人監(jiān)管的條件下能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
3、戶外安裝,無人看守。在安防領(lǐng)域,大多情況設(shè)備需要安裝在室外,設(shè)備需要經(jīng)受常年的風(fēng)吹日曬。電子設(shè)備自身的老化的速度會(huì)比其他領(lǐng)域要相對(duì)快一些。攝像機(jī)、鏡頭、傳輸線路等設(shè)施的老化會(huì)導(dǎo)致圖像越來越模糊。
4、海量視頻路數(shù)的要求。在大型平安城市監(jiān)控項(xiàng)目中,視頻路數(shù)會(huì)達(dá)到上萬路,甚至更多。所以在視頻監(jiān)控領(lǐng)域都期望視頻編碼的碼率壓縮比達(dá)到最高,從而降低對(duì)帶寬和存儲(chǔ)容量的要求。這就導(dǎo)致在視頻編碼環(huán)節(jié)產(chǎn)生更多的信息丟失,從而導(dǎo)致圖像模糊。
安防領(lǐng)域的這些特殊應(yīng)用要求都會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度的下降,反過來又對(duì)圖像清晰度有很高的要求,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致模糊圖像處理技術(shù)在這里有廣闊的應(yīng)用前景。
評(píng)論