2015年3月初,央視原著名節(jié)目主持人柴靜的紀錄片《穹頂之下》一夜之間在各大網(wǎng)站轉(zhuǎn)載,對抗霧霾似乎成了一場全民對抗的戰(zhàn)爭,而霧霾一詞再次成了各大新聞媒體的頭條。記得2013 年,“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。這一年的1 月,4 次霧霾過程籠罩30個省(區(qū)、市),在北京,僅有5 天不是霧霾天。
霧霾天氣中如何能通過視頻監(jiān)控仍然能得到清晰的監(jiān)控畫面,這對于安防廠商來說是一個考驗,然而人類從來不缺乏對抗惡劣天氣的智慧,透霧方案由來已久。早期在森林、港口、碼頭等區(qū)域,在清晨或傍晚容易形成霧氣,普通攝像機一般都配有專門的透霧鏡頭來實現(xiàn)透霧,這種方案已經(jīng)比較成熟,但并未在如今的霧霾環(huán)境中得到大范圍應用,主要原因是鏡頭的高成本讓很多用戶望而卻步;而現(xiàn)在的透霧攝像機,自身集成透霧功能,即使是在霧霾天氣中,不需要其他設(shè)備配合,依然能夠穿透霧霾干擾,讓攝像機獲得良好的監(jiān)控效果,不會影響監(jiān)控距離和圖像清晰度,所以其應用領(lǐng)域越來越廣。一般而言,透霧攝像機采用的技術(shù)分為電子透霧(亦稱數(shù)字透霧)和光學透霧(亦稱物理透霧)兩種。

霧霾對攝像機成像影響示意圖
彰顯人類智慧:透霧技術(shù)分析
電子透霧是基于人類視覺感知模型設(shè)計的后端圖像復原技術(shù),通過ISP 算法來修復畫面、消除霧感,達到畫面更通透的視覺效果;光學透霧利用近紅外光成像,由于近紅外光波長較長,在傳播時受大氣粒子干擾較小,能穿透霧霾,從而呈現(xiàn)清晰的圖像細節(jié)。
那么電子透霧和光學透霧這兩者之間又有什么區(qū)別,各有什么優(yōu)劣勢呢?
電子透霧
電子透霧采用的是可見光成像,并通過ISP 算法來修復畫面,目前ISP 算法主要分為兩大類:圖像增強透霧技術(shù)和圖像復原透霧技術(shù)。圖像增強透霧技術(shù)不考慮圖像降質(zhì)原因,適用范圍廣,能有效地提高霧天圖像的對比度,改善圖像的視覺效果,但會產(chǎn)生更多的噪聲,甚至造成更多圖像細節(jié)的損失。圖像復原透霧技術(shù)是研究霧天圖像降質(zhì)的物理過程,并建立退化模型,反演退化過程,補償退化過程造成的失真,以便獲得原始圖像的最優(yōu)估計值,從而改善圖像質(zhì)量,這種方法針對性強,得到的去霧效果自然,處理的關(guān)鍵點及難點是模型中參數(shù)的估計。
從電子透霧的算法解釋中可以看出其優(yōu)勢在于:1、畫面色彩得以保留,2、不會增加額外硬件成本。但電子透霧的劣勢也很明顯,首先由于可見光穿透能力弱,在遇到水汽、灰塵阻隔時會造成較大的散射,導致部分信息丟失,此時即使通過算法修復畫面、消除霧感,也無法對丟失的信息“從無到有”進行恢復;此外,電子透霧基于不同的算法透霧效果各有不同,簡單的算法在圖像還原效果上有局限性,而復雜的算法對硬件性能提出了更高的要求,而且就目前的圖像還原技術(shù)整體水平而言,電子透霧只能應用在一般的霧氣環(huán)境中,一旦霧霾濃度提升,電子透霧的效果就會大大降低。
光學透霧
自然光由波長不同的光波組合而成,人眼可見范圍大致為390nm-780nm,稱為可見光,而波長小于390nm 的叫做紫外光,波長大于780nm 的叫做紅外光。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性,一般紅外光由于擁有較長的波長,在傳播時受大氣粒子干擾影響較小,可穿透一定濃度的霧霾煙塵,攝像機可以利用這部分光線來實現(xiàn)穿透霧霾的監(jiān)控。這就是光學透霧的原理。
從原理可知光學透霧的優(yōu)勢在于紅外光穿透能力強,不會損失監(jiān)控主體的細節(jié),圖像更清晰。但其劣勢也存在:1、由于紅外光沒有對應的可見光色彩圖,所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色,所以不適用于必須需要彩色圖像的場所;2、光學透霧的重點在于截取近紅外光成像,而這部分工作大都由鏡頭完成,而透霧鏡頭價格昂貴,過高的成本大大限制了光學透霧在實際項目中的大規(guī)模應用。
解決普通透霧技術(shù)不足:世界杯官網(wǎng)全新雙透霧技術(shù)
為解決普通透霧技術(shù)的不足,世界杯官網(wǎng)通過對各種波段光線透霧性能的細致研究,并分析在不同濃度霧霾下測試采集的大量試驗數(shù)據(jù),最終結(jié)合監(jiān)控透霧應用需求,世界杯官網(wǎng)全新研制出內(nèi)置光學透霧+ 電子透霧的雙透霧功能網(wǎng)絡(luò)攝像機HIC5600 系列。
在近距離或一般霧氣環(huán)境中,該系列攝像機通過開啟電子透霧消除霧感,獲得清晰、通透的彩色圖像;一旦霧霾影響嚴重時,開啟光學透霧,即使只配備了普通鏡頭,依然能實現(xiàn)清晰的光學透霧效果,不會丟失任何細節(jié),并且由于內(nèi)置光學透霧組件,相較于傳統(tǒng)的光學透霧鏡頭方案大大降低了成本,可以在平安城市等行業(yè)中大規(guī)模推廣應用。由于可見光和紅外光聚焦面不一致,所以該系列透霧攝像機還內(nèi)置了自動后焦(ABF)裝置,在模式切換后自動觸發(fā),以獲得最為清晰的圖像。
未來發(fā)展:光學透霧技術(shù)將持續(xù)發(fā)酵
在實際應用中,電子透霧作為一種ISP 圖像還原技術(shù),其致命缺陷在于霧霾嚴重時無法還原丟失的信息,這是其成像原理決定的,即使圖像還原算法再先進,也無法改善。而光學透霧一直以來在森林防火、海事、邊防中有應用,具有較長的實際應用歷史,其效果得到用戶的認可,只是受限于高昂的成本而無法在其他通用行業(yè)中大規(guī)模推廣,隨著新技術(shù)的產(chǎn)生,成本問題得到解決,相信其在各行業(yè)中的應用前景將會越來越大。
以城市監(jiān)控為例,城市中霧霾越來越嚴重,對監(jiān)控的考驗也越來越大。一般路面上布設(shè)的治安監(jiān)控攝像機安裝高度為5-20米左右,一般需要覆蓋30-100 米左右距離,而城市中還有一類制高點監(jiān)控攝像機,安裝在距離地面50 ~ 100 米,乃至100 米以上的位置,利用其足夠的高度,避免周邊建筑物的遮擋,實現(xiàn)方圓一公里到十幾公里范圍的視頻圖像監(jiān)控,這一類攝像機往往由于霧霾干擾而大大降低覆蓋范圍,所以需要光學透霧技術(shù)支持。
而提升光學透霧效果除了攝像機自身圖像處理能力的進一步提升,鏡頭、視窗等配套成像系統(tǒng)也應該對紅外光具有更高的透過率,因此配套系統(tǒng)的完善乃至sensor 的進一步升級是光學透霧未來努力的方向。

透霧功能開啟前后對比