電子透霧與光學透霧監控攝像機區別

2021-09-22 19:31:23 字數 2817 閱讀 5643

當你在瘋狂購物時也目前已知的透霧演算法大致可以分為兩大類:一種是非模型的影象增強方法,通過增強影象的對比度,滿足主觀視覺的要求來達到清晰化的目的;另一種是基於模型的影象復原方法,它考查影象退化的原因,將退化過程進行建模,採用逆向處理,以最終解決影象的復原問題。

電子透霧與光學透霧的區別

一、電子透霧技術

當安防需求從被動檢測發展為主動防禦,智慧型分析依賴的各種影象處理演算法變得舉足輕重起來,其中透霧處理集合了多種影象演算法,是較為重要的一類影象處理技術。目前已知的透霧演算法大致可以分為兩大類:一種是非模型的影象增強方法,通過增強影象的對比度,滿足主觀視覺的要求來達到清晰化的目的;另一種是基於模型的影象復原方法,它考查影象退化的原因,將退化過程進行建模,採用逆向處理,以最終解決影象的復原問題。

為了得到更好的處理效果,攝像機廠家會增設專門的影象處理晶元,可自動偵測影象的密度,最大限度地保持影象訊號的細節,實現彩色增強、反差增強、邊緣增強、對比度增強和亮度增強,並進行密度分割、去模糊等運算,使不同場景下的攝像畫質得到明顯提高,達到透霧的目的。而根據廠家的能力與研發選擇,會分別選擇在dsp或fpga等不同晶元上進行相應處理。

電子透霧與光學透霧的區別

二、光學透霧技術

自然光由波長不同的光波組合而成,人眼可見範圍大致為390nm-780nm,波長從長到短分別對應了紅橙藍綠青橙紫七種顏色,其中波長小於390nm的叫做紫外線,波長大於780nm的叫做紅外線。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性,霧氣、煙塵影響可見光成像的原因,而紅外線因為擁有較長的波長,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,實現準確聚焦,這就是光學透霧的依據。

(一)鏡頭

從原理可知光學透霧的重點在於對特定近紅外波段光線的擷取與準確聚焦,而這部分工作大都由鏡頭完成。可以說鏡頭的好壞決定了光學透霧的效果,鏡頭設計的難度首先在於光學設計,其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等,其次選材與工藝技術也決定了成品的效果。而透霧鏡頭最大的不同在於能承載紅外波段的寬度,即成焦面的寬容度。從原理上,自然是可利用的近紅外波段越寬越好,但是受限於鏡頭光路設計的難度與ccd的感光能力,目前安防業內的鏡頭已知能利用的最長紅外波段為1100nm。

(二)濾波片

了解日夜轉換攝像機的人對濾波片都不會陌生,一般此型別攝像機裝有兩塊濾波片,一塊負責在白天過濾掉可見光之外的光波,令成像更為清晰亮麗;一塊應用在夜晚,負責放行ccd可以承載的紅外波段,實現夜間的紅外監控。

專業透霧鏡頭內建有針對性很強的濾波片,作用是精確擷取所需波段的光線,且為了適應特定環境狀況,常常會載入多片針對不同波段的濾波片,並通過485介面與攝像機聯動,實現切換。正常來說,配合透霧鏡頭的攝像機在基礎成像效能上只要具備日夜轉換功能即可,但是考慮到透霧鏡頭高昂的造價,部分攝像機廠家也開始尋求更經濟實惠的光學透霧模式,不同於過去兩濾波片的日夜轉換攝像機,我們創新的在攝像機裡邊加入了四塊濾波片,除了實現日夜轉換,

還通過增設一塊可選擇性過濾400nm-600nm波段光線的濾波片,實現了強光抑制;當然為了更精確擷取適合成像的近紅外波段,也特別增加了透霧濾波片,以實現較為經濟的光學透霧。此機械裝置可由攝像機自動控制,也可人工切換。而集光學透霧和電透霧兩種透霧功能為一身的四濾色片光電聯合智慧型透霧攝像機,能夠實現兩倍於能見度以上的透霧。

電子透霧與光學透霧的區別

三、兩種技術的發展分析

(一)光學透霧技術的瓶頸與發展

因為直接利用可穿透霧靄的近紅外波段光線進行成像,光學透霧雖然只能得到黑白監控畫面,但是其成像效果突出,也已在海事、海洋有了不錯的運用;另一方面,受鏡頭高昂成本的限制,雖然近年來平安城市等大型專案甚至民用市場也出現了一定透霧需求,但是其實際數量仍有限。

與此同時,因為技術方面已經較為成熟,所以依靠鏡頭或說光學完成更好的透霧,就需要另闢蹊徑。短期內鏡頭對波長的寬容度很難向1100nm以外延伸,但是如果不用兼顧可見光,在近紅外波段內還可做到一定延伸;所以可以考慮在一套裝置中載入兩套鏡頭,正常情況下使用可見光鏡頭,霧天則使用專門的透霧鏡頭,這樣既可保留可見光的彩色畫面,還可把透霧鏡頭的寬容度做的更好,並實現多畫面的對比監控。

(二)一體機芯的出現助力電子透霧

隨著產品走向多樣化,市場也不斷成熟,一體化透霧機芯的出現對於透霧產品的普及可以說是意義重大。近年來發布的一體機心多採用純電子透霧,通過內嵌的fpga晶元進行運算處理。它可以輸出彩色影象,此演算法可區分遠景近景霧氣濃淡等因素,對每個畫素點進行提公升,實現區域效果最佳,不同於過去對畫面對比度整體的提高,且沒有延時。而且晶元高速運算必將產生雜訊點,夜間光照不足時影響更為突出。而一體透霧機芯普遍採用ccd感測器和大光圈鏡頭,以達到良好的低照效果,另一方面也較易達到高畫質透霧。

過去透霧需求基本都在槍機,但是槍機的監控距離一般較短,而在較短的距離內若非濃霧,畫面不會有太大影響。而一體機的監控範圍更大,加上變焦可選,故而霧靄對它的影響更大。一體透霧機芯的出現,是為了在更大監控距離內實現透霧,且隨著成品化,一體透霧機芯將降低透霧裝置的投入,實現更大的應用。

未來趨勢

在實際應用中,電子透霧作為一種isp影象還原技術,其致命缺陷在於霧霾嚴重時無法還原丟失的資訊,這是其成像原理決定的,即使影象還原演算法再先進,也無法改善。

一旦環境中霧霾濃度變化,電子透霧的效果將不可控,也就是說

電子透霧的環境適應能力弱

,而且研發更先進影象還原演算法的價效比並不高,因此筆者認為基於監控需求的電子透霧技術將逐漸收斂。

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,其效果得到使用者的認可,只是受限於高昂的成本而無法在其他通用行業中大規模推廣,隨著新技術的產生,成本問題得到解決,相信其在各行業中的應用前景將會越來越大。

而提公升光學透霧效果除了攝像機自身影象處理能力的進一步提公升,鏡頭、視窗等配套成像系統也應該對紅外光具有更高的透過率,因此配套系統的完善乃至sensor的進一步公升級是光學透霧未來努力的方向。

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