模糊視(shì)頻(pín)圖像處理技術(shù)在安防領域的應用

• 2020/06/02

模糊圖像産生的原因分析

随着計算機圖像處理技術(shù)的快(kuài)速發展、信息化普及度加大，以及人(rén)們安防意識的提高，實時(shí)視(shì)頻(pín)監控系統已經逐步成為(wèi)人(rén)們生活中不可(kě)或缺的一(yī)部分，已經被廣泛應用在生産、交通(tōng)、社會安全等方面。但(dàn)是受惡劣天氣(霧、雨、風(fēng)、光(guāng)等)和(hé)監控系統自(zì)身技術(shù)條件的限制，視(shì)頻(pín)圖像往往達不到理想的效果。圖質出現退化或模糊不清，進而導緻對識别、取證、事件分析等操作(zuò)造成困難，使系統無法正常應用。因此，模糊圖像處理技術(shù)的研究和(hé)應用在安防領域具有很(hěn)重要(yào)的意義。

系統自(zì)身因素

一(yī)個全模拟監控系統中，從(cóng)前端到後端由圖像采集、圖像傳輸、圖像存儲、圖像顯示等幾個環節構成。在每一(yī)個環節或都(dōu)會産生視(shì)頻(pín)信息損失，也就是讓圖像質量變差或變模糊。

鏡頭：影響進入攝像機的光(guāng)通(tōng)量和(hé)成像的精确性，會直接導緻圖像模糊；攝像機感光(guāng)元件Sensor：影響到光(guāng)信号的采集和(hé)光(guāng)電轉換效果，會直接導緻圖像模糊；視(shì)頻(pín)傳輸電纜兩端的BNC接頭：因信号屏蔽的縫隙會造成信号損失，視(shì)頻(pín)傳輸電纜經過長(cháng)距離的傳輸，傳輸線纜的電阻、屏蔽、阻抗匹配等問(wèn)題，都(dōu)會引起信号的衰減，也會直接導緻圖像質量變差變模糊，監視(shì)器圖像呈現端也會有一(yī)定的信号損失。

在一(yī)個全數(shù)字視(shì)頻(pín)監控系統中，采用網絡傳輸，經過數(shù)字化編碼的視(shì)頻(pín)信号的傳輸和(hé)存儲相對于模拟系統，可(kě)以更有效避免因信号衰減造成圖像損傷。但(dàn)是，在鏡頭、圖像采集以及後端呈現時(shí)的圖像信号耗損仍然無法避免。另外(wài)，在數(shù)字視(shì)頻(pín)監控系統中，又增加了(le)視(shì)頻(pín)信号的A/D轉換、視(shì)頻(pín)編碼壓縮環節，這(zhè)些環節仍會導緻圖像信息的損失。現有的視(shì)頻(pín)壓縮編碼算法都(dōu)是有損壓縮，會直接導緻視(shì)頻(pín)信息的丢失，影響視(shì)頻(pín)清晰度。

自(zì)然環境

除系統本身因素以外(wài)，自(zì)然環境對視(shì)頻(pín)圖像清晰度影響也非常大。若遇到刮風(fēng)、下(xià)雨、下(xià)雪、大霧等自(zì)然天氣，都(dōu)會導緻圖像質量急劇下(xià)降或模糊不清。除此以外(wài)，還有照度不足、背光(guāng)、逆光(guāng)、溫度過低(dī)或過高等，都(dōu)會對圖像還原系統造成影響，影響到圖像清晰度。在光(guāng)線不足的條件下(xià)，攝像機的Sensor成像會産生很(hěn)多噪聲，這(zhè)些噪聲會影響圖像清晰度，而且會使圖像編碼的碼流大幅增加。

人(rén)為(wèi)環境

供電系統的電源不“幹淨”，即竄入比較強的幹擾信号，具體是指在50Hz的正弦波上(shàng)疊加有幹擾信号，如(rú)果電網中有大功率可(kě)控矽調頻(pín)調速裝置、可(kě)控矽整流裝置、可(kě)控矽交直流變換裝置等都(dōu)會對電源産生污染。

電視(shì)監控系統附近有很(hěn)強的電磁幹擾源或電磁輻射。電磁幹擾源如(rú)電焊、無線電發射、大電機、大繼電器的幹擾等，也會導緻對視(shì)頻(pín)信号幹擾。電磁幹擾會導緻圖像有間(jiān)距相等的豎條或圖像呈規律性閃爍條紋等，從(cóng)而導緻圖像模糊。還有，就是人(rén)為(wèi)破壞導緻，比如(rú)被弄得難以識别的車牌等，緻使攝像機無法攝取車牌号等。

模糊圖像處理技術(shù)的發展

從(cóng)20世紀90年(nián)代以來，安防行(xíng)業經曆了(le)一(yī)個飛速發展的時(shí)期。随着安防監控系統從(cóng)全模拟到全數(shù)字的發展，人(rén)們對圖像質量要(yào)求越來越高，圖像分辨率也經曆了(le)從(cóng)CIF到标清再到高清的變遷。

早期傳統的監控系統采用模拟信号傳輸方式，稱為(wèi)第一(yī)代全模拟監控時(shí)代，那(nà)時(shí)的視(shì)頻(pín)文件通(tōng)過磁帶錄像機進行(xíng)錄制和(hé)保存。因為(wèi)視(shì)頻(pín)圖像的存儲都(dōu)是采用模拟設備，模拟存儲設備随着使用時(shí)間(jiān)的延長(cháng)，圖像會有一(yī)定的信息損失。但(dàn)是模糊圖像處理技術(shù)是基于數(shù)字圖像進行(xíng)處理的技術(shù)，所以在純模拟年(nián)代，其還沒有被引入到安防領域。

因模拟監控系統固有的缺陷，随着計算機技術(shù)的不斷發展，數(shù)字存儲方式逐漸取代了(le)模拟磁帶存儲。随之進入了(le)第二代準數(shù)字監控系統，以數(shù)字硬盤錄像DVR為(wèi)主，替代了(le)模拟錄像機，跨出數(shù)字監控的第一(yī)步。在視(shì)頻(pín)圖像數(shù)字化以後，圖像處理技術(shù)開(kāi)始派上(shàng)了(le)用場，模糊圖像處理技術(shù)逐步被引入到安防領域。

随着計算機與網絡技術(shù)的發展，目前視(shì)頻(pín)監控已經發展到了(le)基于IP網絡的全數(shù)字監控時(shí)代，這(zhè)樣就進入了(le)第三代全數(shù)字網絡視(shì)頻(pín)監控時(shí)代。這(zhè)個時(shí)代的代表産品以IPC、NVR為(wèi)主。視(shì)頻(pín)圖像數(shù)字化以後，模糊圖像處理技術(shù)在安防領域便得到了(le)廣泛的應用。

模糊圖像處理技術(shù)屬于圖像處理技術(shù)的一(yī)種，其利用計算機，對圖像信息中的數(shù)字信号進行(xíng)運算或處理，以期提高圖像的質量，使達到預期的結果，因此也稱為(wèi)計算機圖像處理技術(shù)。如(rú)對被噪聲污染的圖像除去噪聲、對信息微(wēi)弱的圖像進行(xíng)增強處理、對失真的圖像進行(xíng)幾何校正等。近年(nián)，随着人(rén)們安全防範意識越來越高和(hé)社會對安保需求的越來越強烈，監控圖像處理技術(shù)也将在這(zhè)樣的市場需求和(hé)規律中不斷演進，并發揮出越來越明(míng)顯的作(zuò)用。

安防行(xíng)業的特殊要(yào)求

計算機圖像處理是将圖像信号轉換成數(shù)字信号并利用計算機對其進行(xíng)處理。由于計算機的處理速度極快(kuài)，且數(shù)字信号具有失真小、易保存、易傳輸、抗幹擾能(néng)力強等特點，因而計算機圖像處理的應用十分廣泛，包括航空航天、遙測技術(shù)、醫(yī)療器械、工(gōng)業自(zì)動化檢測、安全識别等各大領域。每一(yī)個應用領域都(dōu)有其特殊性要(yào)求，在安防監控行(xíng)業應用也有其固有的特殊性：

1、對圖像清晰度要(yào)求較高。在治安監控現場，公安機關往往需要(yào)通(tōng)過監控錄像來辨認嫌疑人(rén)、證據等，一(yī)般清晰度不高的視(shì)頻(pín)都(dōu)達不到這(zhè)種要(yào)求。在交通(tōng)監控現場，交警需要(yào)通(tōng)過監控圖像來識别車牌、違章(zhāng)行(xíng)為(wèi)、駕駛人(rén)等要(yào)求，模糊圖像在這(zhè)種場合根本無法應用。

2、不同行(xíng)業的監控，對圖像要(yào)求具有差異性。比如(rú)醫(yī)療監控，對圖像的色彩還原性要(yào)求比較高。智能(néng)交通(tōng)監控，對攝像機夜間(jiān)照度和(hé)抓拍速度要(yào)求比較高，要(yào)求能(néng)清晰辨别車牌。在無人(rén)值守監控，需要(yào)設備在無人(rén)監管的條件下(xià)能(néng)長(cháng)期穩定工(gōng)作(zuò)。

3、戶外(wài)安裝，無人(rén)看(kàn)守。在安防領域，大多情況設備需要(yào)安裝在室外(wài)，設備需要(yào)經受常年(nián)的風(fēng)吹日曬。電子設備自(zì)身的老(lǎo)化的速度會比其他(tā)領域要(yào)相對快(kuài)一(yī)些。攝像機、鏡頭、傳輸線路等設施的老(lǎo)化會導緻圖像越來越模糊。

4、海(hǎi)量視(shì)頻(pín)路數(shù)的要(yào)求。在大型平安城市監控項目中，視(shì)頻(pín)路數(shù)會達到上(shàng)萬路，甚至更多。所以在視(shì)頻(pín)監控領域都(dōu)期望視(shì)頻(pín)編碼的碼率壓縮比達到最高，從(cóng)而降低(dī)對帶寬和(hé)存儲容量的要(yào)求。這(zhè)就導緻在視(shì)頻(pín)編碼環節産生更多的信息丢失，從(cóng)而導緻圖像模糊。

安防領域的這(zhè)些特殊應用要(yào)求都(dōu)會導緻圖像清晰度的下(xià)降，反過來又對圖像清晰度有很(hěn)高的要(yào)求，勢必會導緻模糊圖像處理技術(shù)在這(zhè)裏有廣闊的應用前景。

模糊圖像處理技術(shù)的局限性

目前受硬件技術(shù)水平、傳輸帶寬以及應用環境等因素影響，圖像模糊問(wèn)題還無法得到徹底解決。

圖像從(cóng)采集、傳輸、存儲到顯示，任何一(yī)個環節對圖像質量都(dōu)很(hěn)關鍵，任何一(yī)個步驟出問(wèn)題都(dōu)會影響圖像質量，而且這(zhè)種影響是不可(kě)逆的。所以說，徹底解決圖像模糊問(wèn)題，需要(yào)一(yī)個全方位的技術(shù)更新。比如(rú)，在當前的數(shù)字圖像技術(shù)的背景下(xià)，編碼技術(shù)是影響圖像質量的瓶頸之一(yī)，如(rú)果出現一(yī)種壓縮比高、圖像損失小的編碼算法，當然會一(yī)定程度解決因為(wèi)壓縮導緻的圖像模糊問(wèn)題，不過要(yào)實現這(zhè)種算法效果，通(tōng)常需要(yào)更高的運算代價，所以還需要(yào)硬件技術(shù)的更新來滿足這(zhè)樣的算法。

類似超分辨重構的模糊圖像處理技術(shù)，由于其算法的複雜(zá)性，目前的常規設備還很(hěn)難做(zuò)到實時(shí)處理高清圖像，所以算法的效率仍是目前模糊圖像處理不足的原因之一(yī)，這(zhè)就需要(yào)從(cóng)算法和(hé)硬件兩方面入手，提高算法效率，同時(shí)也需要(yào)提升硬件性能(néng)。

另外(wài)，目前各種針對模糊圖像處理的算法，都(dōu)是基于某種特定場景應用而産生的解決方法，各種算法存在的局部性和(hé)局限性都(dōu)造成了(le)算法應用的障礙。所以在未來的很(hěn)多年(nián)，關于圖像處理的算法和(hé)模型也還有很(hěn)長(cháng)的路要(yào)走。

發展趨勢及展望

廣義上(shàng)說，獲取不到足夠信息的圖像都(dōu)可(kě)以叫做(zuò)模糊圖像，所以圖像模糊問(wèn)題會随着人(rén)們需求的提升而有新的表現。比如(rú)目前的監控領域也許隻需要(yào)一(yī)幅有一(yī)定分辨率的圖像能(néng)滿足人(rén)臉識别的需求即可(kě)，随着社會的發展也許我們需要(yào)通(tōng)過一(yī)段視(shì)頻(pín)來分析某人(rén)的嘴部動作(zuò)，從(cóng)而分析他(tā)在說什麽，這(zhè)樣的話會需要(yào)更高分辨率更清晰的圖像。這(zhè)将是一(yī)個永恒不變的追求方向，所以模糊圖像處理的問(wèn)題将會被一(yī)直研究下(xià)去。

視(shì)頻(pín)監控作(zuò)為(wèi)物(wù)聯網的一(yī)部分，随着物(wù)聯網的不斷發展和(hé)應用，最終将會朝着智能(néng)化的方向發展，圖像模糊的自(zì)動分析即成為(wèi)系統自(zì)檢應用的技術(shù)之一(yī)，通(tōng)過智能(néng)分析，系統将會自(zì)動識别圖像的幾何形狀、色彩、噪聲、模糊、融合，以及超分辨等圖像效果進行(xíng)自(zì)動分析和(hé)處理。随着模糊圖像處理技術(shù)的應用範圍越來越廣泛，模糊圖像處理技術(shù)和(hé)智能(néng)分析的完美結合必然成為(wèi)發展趨勢。

明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)圖像分析處理系統

明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)圖像分析處理系統主要(yào)用于公安偵查過程中對涉案監控視(shì)頻(pín)中提取的模糊圖片進行(xíng)清晰化處理，解決視(shì)頻(pín)圖像線索“看(kàn)不清”的難題。針對視(shì)頻(pín)偵查實戰需求，提供圖像降噪、低(dī)照度增強、去模糊、超分辨率等多種視(shì)頻(pín)圖像增強處理算法，增強視(shì)頻(pín)圖像畫(huà)面關鍵細節，恢複視(shì)頻(pín)圖像中有價值的信息。

在視(shì)頻(pín)偵查過程中，明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)圖像分析處理系統針對模糊的視(shì)頻(pín)圖像線索，提供多種算法使圖像清晰化增強。以輔助公安幹警偵查圖像中有價值的信息，如(rú)車輛牌照号、人(rén)臉信息、外(wài)觀特征等。除了(le)手工(gōng)設置視(shì)頻(pín)圖像處理參數(shù)外(wài)，系統可(kě)以通(tōng)過遍曆方式，自(zì)動尋找最優算法參數(shù)，從(cóng)而達到理想處理效果。支持照度校正、環境問(wèn)題處理、特定模糊處理、色彩增強處理、影像模式轉換、任意模糊恢複、噪聲處理、高級影像放大、輪廓析出處理。