近幾年，我國各省市頻繁出現(xiàn)霧霾天氣，尤其是以北京為首的北方地區(qū)表現(xiàn)更為顯著。而一向以環(huán)境優(yōu)美著稱的江南也在經(jīng)受著霧霾的侵蝕，比如筆者生活的杭州，一年有200多天是霧霾天氣。在霧霾天氣，空中飄浮著大量的含有粉塵、水汽凝結(jié)成的顆粒物，一旦這些顆粒物密度過大就會影響光線的傳播，不僅肉眼看不到信號燈，普通鏡頭也只是看到一些模糊不清的畫面，很多監(jiān)控車流量的視頻里我們都可以看到類似畫面。在這種惡劣的霧霾天氣環(huán)境下，交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)能否保障交通安全成為人們關(guān)注的話題，而有“透視”功能的透霧攝像機則成為大家關(guān)注的焦點。

　　■ 文/遲陽

　　去年，柴靜的一份“穹頂之下”的調(diào)研，讓人們忽然意識到了中國霧霾天氣的嚴重性。據(jù)統(tǒng)計，2014年12月初，中國近半國土不同程度出現(xiàn)霧霾天氣。大霧霾天氣給市民外出帶來了嚴重不便。因此由于霧霾天氣導(dǎo)致的交通事故也時常發(fā)生，對交通監(jiān)控產(chǎn)生了嚴重的影響。霧霾天氣致使戶外監(jiān)控視頻質(zhì)量明顯降低，不僅圖像色彩暗淡、對比度大大降低，一些重要目標的細節(jié)更是難以辨識。

　　透霧技術(shù)的原理

　　目前，攝像機透霧技術(shù)有光學透霧和數(shù)字透霧兩種。

　　光學透霧主要運用紅外技術(shù)，透霧效果相對來說要好些。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，波長從長到短分別對應(yīng)了紅橙黃綠青藍紫七種顏色，其中波長小于390nm的叫做紫外線，波長大于780nm的叫做紅外線。

　　霧氣、煙塵等空氣中的小顆粒對光線有阻擋作用，使光線反射而無法通過，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后面的物體的。而波長越長衍射能力越強，即繞過阻擋物的能力越強，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，可穿過一定濃度的霧靄煙塵，實現(xiàn)準確聚焦，這就是光學透霧的依據(jù)，與此同時還需要對攝像機進行重新設(shè)計，用來將這一頻率的不可見光進行成像，由于這個不可見光沒有對應(yīng)的可見光彩圖，所以呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色。光學透霧主要由鏡頭實現(xiàn)，高清透霧鏡頭一般在大電動變倍鏡頭上才能實現(xiàn)，價格昂貴，大多應(yīng)用于港口、森林高點等場景。

　　數(shù)字透霧技術(shù)，一般指因霧和水汽灰塵等導(dǎo)致朦朧不清的圖像變得清晰，強調(diào)圖像當中某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征。歸結(jié)起來，仍然是傳統(tǒng)的兩類：一類是圖像增強，另一類是圖像復(fù)原。圖像增強方法是從圖像呈現(xiàn)的低亮度和低對比度的特征考慮，按照特定需要突出圖像中的某些信息，削弱或去除某些不需要的信息來完成的。圖像復(fù)原是從基于物理模型的天氣退化圖像復(fù)原方法，從物理成因的角度對大氣散射作用進行建模分析，實現(xiàn)場景復(fù)原。在復(fù)原過程中，一般先利用各種先驗知識估計模型中的參數(shù)，最后求解方程從而計算出清晰的圖像。兩種方法相較，基于復(fù)原去霧算法從原理上實現(xiàn)去霧，對霧的估計更準確，能夠真實地還原霧前的清晰圖像，針對性強，得到的去霧效果自然，一般不會有信息的損失。數(shù)字透霧是在攝像機ISP或者后端軟件上實現(xiàn)，給予人類視覺感知模型設(shè)計的后端圖像復(fù)原技術(shù)，以低成本易部署等特點廣泛應(yīng)用于城市監(jiān)控中。目前市場上的數(shù)字透霧處理技術(shù)已相對較成熟。

　　透霧攝像機的優(yōu)勢

　　透霧能力強

　　透霧技術(shù)能夠根據(jù)不同的景深準確的去除相應(yīng)程度的霧氣，通過圖1、2我們可以看出。

　　通透性好

　　經(jīng)過透霧技術(shù)處理后的圖像很通透，有較好的對比度。

　　細節(jié)保留程度高

　　透霧技術(shù)中包含保持細節(jié)的特殊處理，因此透霧后的圖像能把原來隱藏在霧氣后的細節(jié)信息繼續(xù)保留甚至部分增強，這也是其它方法難以達到的。

　　色彩的飽和度高、還原能力強

　　透霧技術(shù)不會改變圖像的色調(diào)而僅僅是增加其色彩的飽和度，其它透霧方法則可能出現(xiàn)色調(diào)失真的問題。

　　不會引起圖像偏暗現(xiàn)象

　　透霧技術(shù)由于包含有亮度提升性能，不會出現(xiàn)結(jié)果圖像偏暗的現(xiàn)象。其他方法則可能引起對比度降低的問題。

　　透霧攝像機存在哪些問題

　　雖然光學透霧的圖像效果甚佳，但由于不能保留色彩信息，無法滿足城市監(jiān)控對細節(jié)的要求，光學透霧是在鏡頭上實現(xiàn)的，而這種鏡頭需要很精密的工藝才能制作完成，所以市面上透霧的攝像機(含鏡頭)價格昂貴，故很少普及應(yīng)用于城市監(jiān)控之中。

　　目前的數(shù)字透霧技術(shù)相對比較成熟，市面上的透霧攝像機一般是基于DSP處理芯片的圖像增強算法，從操作層面上看，處理的智能化程度都是比較高的。由于安防廠家眾多，研發(fā)實力也參差不齊，目前能夠?qū)崿F(xiàn)這種圖像處理算法的廠家并不是很多;從市場經(jīng)濟的角度來看，該現(xiàn)狀對透霧攝像機的推廣十分不利。

　　雖然智能化算法的確在很大程度上解決了圖像模糊不清的視覺處理需求，不過，我們也還需理智地認識到，并不是每一款透霧攝像機都能自如應(yīng)對霧霾環(huán)境，有些攝像機雖然有透霧效果，但畫質(zhì)并不理想，環(huán)境霧霾稍微濃一點，就有可能處理過度，造成畫面色彩不協(xié)調(diào)。如此一來，客戶對透霧攝像機的效果就產(chǎn)生了質(zhì)疑，從而導(dǎo)致透霧攝像機的普及受到阻礙。

　　透霧攝像機的應(yīng)用

　　透霧攝像機遵循安防市場的發(fā)展，在各個領(lǐng)域都有著突出的作用，盡管透霧攝像機的用途相對特殊，以前都會應(yīng)用在森林等空曠地區(qū)，由于天氣變化無常，目前在城市道路中使用也不足為奇。

　　透霧攝像機大多應(yīng)用于森林、江河、國境海岸、機場等地區(qū)，隨著我國平安城市建設(shè)力度的不斷加大，在城鎮(zhèn)道路、車載透霧、城鎮(zhèn)取水口等地方也有廣泛的應(yīng)用。隨著用戶對監(jiān)控需求的不斷提升，透霧攝像機以其良好的透霧效果贏得市場好評。透霧攝像機的市場規(guī)模在不斷擴大，按照目前測算的結(jié)果，透霧攝像機每年會有超過10萬臺以上的市場需求。

　　透霧攝像機之所以能夠在市場上占得一席之地，離不開DSP數(shù)字信號處理器，更離不開良好的CCD圖像處理器與專業(yè)鏡頭設(shè)備生產(chǎn)商的努力。透霧攝像機的誕生就是為了要實現(xiàn)更清晰的監(jiān)控效果，所以誰擁有百萬高清鏡頭技術(shù)誰才能擁有話語權(quán)，這種新技術(shù)使得鏡頭的適應(yīng)范圍更廣。IP時代來臨，透霧攝像機已經(jīng)做好了全部準備。

　　除了上述的“透視”技術(shù)外，目前也有部分安防廠商針對透霧功能研發(fā)除了相應(yīng)的對策。“透霧清晰化增強引擎技術(shù)”或許能夠讓更多的安防人關(guān)注，它根據(jù)監(jiān)控畫面白霧情況下進行特殊數(shù)字運算，并采用專用芯片對圖像進行處理，將圖像畫面的白霧去除，從而還原出清晰、亮麗的畫面。

　　無論采用何種技術(shù)，無論使用哪種實現(xiàn)方式，我們的目標就是在應(yīng)對霧霾天氣時，監(jiān)控攝像機能夠更好地“透視”到想要的畫面，同時能夠保證圖像清晰度，以實現(xiàn)高清的需求。隨著科技的進步，或許在不久的將來有更先進的技術(shù)應(yīng)對霧霾天氣，但是當下的透霧攝像機絕對是霧霾天氣的克星，能夠滿足市場的需求。

　　透霧攝像機的發(fā)展前景

　　透霧攝像機遵循安防市場的發(fā)展，在各個領(lǐng)域都將起到不可小覷的作用。盡管它的用途相對特殊，一般應(yīng)用在森林等空曠地區(qū)，但由于近幾年天氣變化無常，霧霾持續(xù)時間增長、分布范圍擴大，目前在城市道路中使用也不足為奇。在森林防火、海事等領(lǐng)域的需求量增幅較大。隨著我國平安城市建設(shè)力度的不斷加大，在城鎮(zhèn)道路、車載透霧、城鎮(zhèn)取水口等地方也有廣泛的應(yīng)用。再加上用戶對監(jiān)控需求的不斷提升，透霧攝像機的市場規(guī)模也在不斷的擴大。按照目前測算的結(jié)果，透霧攝像機每年都會有超過10萬臺以上的市場需求。

　　就目前的形式來看，在與霧霾的長期斗爭中，透霧攝像機任重而道遠。目前就有許多安防企業(yè)紛紛推出透霧攝像機，盡管市場應(yīng)用需求不盡相同，但是整體結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)的功能大致相同。相信隨著攝像機透霧技術(shù)的不斷完善，視頻監(jiān)控將能在霧霾籠罩的天氣下正常工作，為維護社會穩(wěn)定發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　根據(jù)透霧攝像機現(xiàn)在的技術(shù)現(xiàn)狀，其中未來的發(fā)展主要是以下幾個領(lǐng)域：

　　透霧成像質(zhì)量的進一步提升：現(xiàn)在的透霧攝像機還只能穿透薄霧，對濃霧及后的云層無法穿透，隨著技術(shù)的進步，新的算法、新的零件將帶來性能的進一步提升。

　　透霧攝像機市場的細分：未來應(yīng)對不同的客戶將會有不同的特殊透霧攝像機，比如應(yīng)用在快球上的一體化透霧攝像機(可大大降低快球表面清潔的維護量)、高清透霧攝像機、微型透霧攝像機等。透霧攝像機的家族成員越來越多。

　　應(yīng)用普及化：隨著成本的不斷降低，民用市場將被開啟，那是透霧攝像機市場將迎來更大的增長。

　　(本文作者現(xiàn)任浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理)