“穹頂之外”：透過霧霾看世界 ——大華高清透霧技術解析

文/浙江大華技術股份有限公司 江浩

     談到跟霧霾打交道，對于安防行業并不陌生。不僅是霧霾，也包括日常生活中見到的各種沙塵、霧、雨、雪等惡劣天氣，以及各種大氣溶膠、光污染等非正常環境，都會對攝像機的成像效果產生很大的負面影響。對于治安監控、道路交通、港口航道等重要監控應用領域，這時候監控系統的效用就會嚴重降低，甚至完全難以辨認。

      如何能夠“看得清”，就成為需要迫切解決的現實難題。大華提供的高清透霧技術，使得解決這一難題成為可能。

污染的空氣是如何影響攝像機成像的

        如圖所示意，大氣中存在著水蒸氣、可沉降顆粒物、懸浮顆粒物等不同成分、直徑的微粒，其分散相為固體或液體小質點，其大小為0.001～100微米，統稱為氣溶膠。天空中的云、霧、塵埃，工業上和運輸業上用的鍋爐和各種發動機里未燃盡的燃料所形成的煙，采礦、采石場磨材和糧食加工時所形成的固體粉塵，人造的掩蔽煙幕和毒煙等都是氣溶膠的具體實例。

攝像機成像的原理是目標物體發射或反射的光，在攝像機的成像器件上進行光電轉換后成像的。當大氣中氣溶膠密度較大時，會對傳播路徑中的光束形成一系列的阻擋、散射、折射等作用，使得能夠進入攝像機的有效光線減少、降質，最終影響到成像的質量。

透霧技術的原理

圖像透霧技術，主要是突出源圖像中重點觀測內容，抑制非重點觀測內容。方法分為空域法和頻域法兩類，空域法主要對圖像中的各個像素點進行操作；而頻域法是在圖像的某個變換域內，對圖像進行操作，修改變換后的系數，例如付立葉變換、DCT變換等的系數，然后再進行反變換得到處理后的圖像。公式表示為：

 

其中，I (x)是霧霾下圖像的色彩值；J (x) t(x)指物體表面光線到達傳感器的過程中,由于大氣微顆粒的散射而產生衰減，衰減后剩余部分;A(1-t(x))指環境光線因大氣微顆粒反射而進入傳感器成像。

暗通道先驗原理，絕大多數的無霧圖像，其每個局部區域都會存在至少一個顏色通道的強度值很低的像素，根據這個原理，定義圖像暗通道J dark為：

 

Jc代表J的某一個顏色通道，而Ω(x)是以x為中心的一個方形區域。對公式(1)做變形，得到：

 

 

代入公式(2)Jdark可進一步求得透射率t = 1 – Jdark/Ac

根據得到的J dark和原圖像，通過對圖像亮度值的統計計算，求得大氣光強A。

得到大氣光強A和透射率t之后，通過對霧天成像模型的逆推，便可求出透霧后的圖像：

 

該算法特色：

· 大氣光強采用更穩定的統計方法，使得算法穩定性高，適用各種場景。

· 色彩還原度好：傳統的透霧算法會沖淡圖像的色彩，該算法真實還原圖像色彩。

· 通透性好：該算法準確估計圖像的霧氣濃度，具有很好的通透性。

· 考慮場景的景深信息，極大程度還原圖像的細節：該算法準確估計不同景深物體的霧氣濃度，實現準確透霧，保留并凸顯原先被霧氣隱藏的細節;傳統算法可能對近景透霧較好，但遠景會殘留霧氣，當增強透霧等級實現遠景透霧時，近景則會損失細節。

· 傳統方法為提高圖像對比度，會出現局部過曝或過暗的情況，損害圖像質量，而此算法不會丟失細節。

· 實現智能自動透霧：可自己判斷是否為霧天天氣，選擇開啟或者關閉透霧功能。

高清透霧攝像機產品應用已初具規模

大華已在全系列高清攝像機產品中不同程度的運用了透霧技術，配合更好的感光器件、鏡頭以及編碼算法，提供盡可能接近真實場景的視覺效果。同時透霧技術與智能化技術相結合，除了人眼直接感知外，也為視頻智能分析提供了更好的分析環境，有助于大幅提高視頻分析的準確率，改善對不同場景的適應性。從此不必再擔心霧霾天氣中看不清車牌，看不清目標特征。