光学+算法，透雾技术还能走多远

作为安防行业的排头兵，视频监控的首要问题就是要突破“看得见”的瓶颈，达到“看得清”的境界。面对雾霾这一棘手问题，安防人始终在不断努力和探索中。目前主要有两种方式来解决雾霾、雾气环境下的透雾应用，一是通过算法的方式，提升图像的清晰度、色彩饱和度;二是通过光学透雾方式，实现雾霾、雾气的穿透。两种方式实现的原理是不一样的，前者的本质是图像的二次处理，是一种算法矫正;后者是通过物理的方式，通过光学成像的原理提升画面清晰度。

高清成像，还需层层抽丝剥茧

　　在数字透雾兴起之前，边防、海防、森林高空监控、城市高空瞭望等场合的应用，只能通过光学镜头吸收红外线的方式来增强图像的清晰度，从而满足这些容易出现水汽、雾气、雾霾场合的监控使用。但是，光学透雾镜头价格昂贵，综合造价成本高不说，效果也不一定能切实满足使用需求。

　　作为安防行业的排头兵，视频监控的首要问题就是要突破“看得见”的瓶颈，达到“看得清”的境界。面对雾霾这一棘手问题，安防人始终在不断努力和探索中。目前主要有两种方式来解决雾霾、雾气环境下的透雾应用，一是通过算法的方式，提升图像的清晰度、色彩饱和度;二是通过光学透雾方式，实现雾霾、雾气的穿透。两种方式实现的原理是不一样的，前者的本质是图像的二次处理，是一种算法矫正;后者是通过物理的方式，通过光学成像的原理提升画面清晰度。

　　由于两者本质的不同，因此，在测试中，虽然两者均为安防监控摄像机的透雾技术，但测试重点还是不一样的。

　　对于采用数字透雾技术的摄像机，主要是通过模拟雾霾场景来检测，即让图像变得模糊即可，然后观察开启与关闭透雾功能时，观察摄像机的表现如何，透雾效果是否显现出来。其次是仿真模拟雾霾环境进行测试，这就不得利用一切条件创造烟雾、水汽环境，然后观察透雾效果的表现。由于数字透雾技术是算法智能化之一，因此还要观察摄像机在无雾条件下，开启“透雾”功能后，摄像机是否继续“除雾”，以检验其智能化效果。而针对光学透雾摄像机，则主要是通过仿真雾霾、水汽、烟雾环境进行仿真测试，以观察摄像机的红外接收能力和图像处理除雾效果如何，是否达到了良好的透雾使用表现。光学透雾是采用物理方式的透雾技术，因此不进行图像模糊方式进行检验。

　　针对光学透雾技术，还需要检验是否支持彩色除雾应用。当然，除了透雾功能外，本次也会就摄像机的画质、网络控制等功能进行检测，以给读者一个全面的设备性能展现。

　　透雾技术方法论

　　关于透雾摄像机，a&s已经做过不少检测，也在不断接触、评测中，见证了透雾摄像机的发展。以目前的行业发展水平，透雾技术无外乎三种：

　　图像算法透雾处理;

　　镜头光学透雾;

滤波片光学透雾。

　　关于算法透雾技术，最早是在国际品牌产品中出现，如三星的百万高清摄像机，随着2012年海康威视推出了130万明星级SMART摄像机后，支持算法透雾技术的摄像机如雨后春笋般涌现，而且算法透雾效果也是越来越好。

　　但数字透雾技术有很大的局限性。由于数字透雾(也叫除雾功能，与工程实际应用中的设备加热除雾气是两个不同概念)是通过算法的智能化处理，当图像出现朦胧化效果时，自动调节锐度、图像对比度、色度等方式，将朦胧画面调节至更为适于观看的效果。数字透雾的优势是保住了图像的彩色细节，并增强了可看度，但实际上，图像的清晰度是没有提升的。而这也是成本最低、最为普及的一种透雾应用方式，目前主流监控设备商所开发的中高端监控产品，几乎都支持了数字透雾处理功能。

　　已知的透雾算法大致可以分为两大类：一种是非模型的图像增强方法，通过增强图像的对比度，满足主观视觉的要求来达到清晰化的目的;另一种是基于模型的图像复原方法，它考查图像退化的原因，将退化过程进行建模，采用逆向处理，以最终解决图像的复原问题。

　　为了得到更好的处理效果，摄像机厂家会增设专门的图像处理芯片，可自动侦测图像的密度，最大限度地保持图像信号的细节，实现彩色增强、反差增强、边缘增强、对比度增强和亮度增强，并进行密度分割、去模糊等运算，使不同场景下的摄像画质得到明显提高，达到透雾的目的。而根据厂家的能力与研发选择，会分别选择在DSP或FPGA等不同芯片上进行相应处理。

　　芯片会实时读取视频流信息，通过对比参数判定是否需要开启透雾模式，也就是可以达到自动侦测雾气，甚至可以通过设定的预置模式判定出雾气浓淡，选择进入相应的透雾模式。不过，从目前的应用效果看，能够支持到自动判断图像是否有“雾”、浓度多少的摄像机不多，大部分都还是依靠手动开启、关闭的方式。

　　而数字透雾技术，由于采用的是算法处理技术，也不再仅仅限于摄像机，目前已经延伸到后端，如透雾显示器/监视器、透雾DVR、透雾NVR等，让透雾应用变得更为广泛，也满足了目前透雾产品线不全或原有设备不支持透雾技术的后端升级应用。

　　接着说光学透雾。光学透雾利用的是光的不同波段有不同的特性这个特点原理来实现的，自然光由不同波长的光波组合而成，波长从长到短分别是红橙黄绿青蓝紫七种颜色，其中波长小于390nm的叫做紫外线，波长大于780nm的叫做红外线。红外线波长较长，在传播时受气溶胶的影响较小，可穿透一定浓度的雾霭烟尘，实现准确聚焦，这就是光学透雾的依据。

　　采用镜头的方式，就是在镜头处增加了IR感知能力，让更多的红外线传达到传感器上。该技术是不分时段、不分场合的“开启”透雾模式，且无论是彩色模式还是夜间模式，都能较非透雾镜头获得更多的有效光线，从而辅助摄像机实现更为优良的清晰度效果。当然，透雾镜头还需要解决一个问题，那就是可见光与红外非可见光在任意光照环境下，均可准确的聚焦到同一个点上，只有这样，才能确保成像的高清，否则将会出现虚焦，这也是透雾镜头的一个必要的技术难点。

　　由于采用镜头作为光学透雾方式的成本较高，难以在很多场合中普及，因此不少监控设备商一直都在寻求新的解决方案。通过采用滤光片的方式来实现光学的透雾应用，这是安防的一个创新方案。其实现的原理为，当将摄像机切换到光学透雾模式时，摄像机将自动切换透雾滤光片，让摄像机过滤并吸收红外线，从而实现清晰度的大幅提升。此类光学透雾技术，对镜头的要求则下降了许多，只要是满足摄像机正常监控使用的镜头都可适用。当然，对镜头要求支持IR红外矫正功能是必不可少的，而目前的高清镜头，几乎清一色地支持IR矫正功能，由此可以说，采用滤波片的光学透雾摄像机，基本可以排除对镜头的特殊依赖性。