明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)圖像分析處理系統

• 2021/02/09

随着“平安城市”的廣泛建設，各大城市已經建有大量的視(shì)頻(pín)監控系統，雖然監控系統己經廣泛地(dì)存在于銀(yín)行(xíng)、商場、車站和(hé)交通(tōng)路口等公共場所，但(dàn)是在公安工(gōng)作(zuò)中，由于設備或者其他(tā)條件的限制，案情發生後的圖像回放都(dōu)存在圖像不清晰，數(shù)據不完整的問(wèn)題，無法為(wèi)案件的及時(shí)偵破提供有效線索。經常出現嫌疑人(rén)面部特征不清晰，難以辨認，嫌疑車輛車牌模糊無法辨認等問(wèn)題。這(zhè)給公安部門破案、法院的取證都(dōu)帶來了(le)極大的麻煩。随着平安城市的推廣、各地(dì)各類監控系統建設的進一(yī)步推進，此類問(wèn)題會越來越突出。

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。

一(yī)．模糊圖像産生的原因

1.系統自(zì)身因素

（1）鏡頭聚焦不當、攝像機故障等。

（2）傳輸太遠、視(shì)頻(pín)線老(lǎo)化

（3）光(guāng)學鏡頭的極限分辨率和(hé)攝像機不匹配導緻的模糊;

（4）相機分辨率低(dī)，欠采樣成像。

2.　自(zì)然環境

（1）攝像機罩或鏡頭受髒污、受遮擋等。

（2）大霧，沙塵、雨雪等環境影響等。

3.人(rén)為(wèi)環境

（1）環境電磁幹擾;

（2）視(shì)頻(pín)壓縮算法、傳輸帶寬導緻的模糊。

（3）運動目标高速運動導緻的運動模糊等;

二.　模糊圖像常用的處理方法

對于模糊圖像處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)大學和(hé)科研機構在多年(nián)以前就在研究這(zhè)些理論和(hé)應用，相關文獻也發布了(le)不少(shǎo)，已經取得了(le)一(yī)些很(hěn)好的應用。當前有很(hěn)多軟件已經有了(le)相當成熟的一(yī)套模糊圖像恢複方法，在美國(guó)FBI及其他(tā)執法機構中已有多年(nián)實際應用，其恢複出的圖像可(kě)以直接當作(zuò)法庭證據使用，可(kě)見(jiàn)模糊圖像處理技術(shù)已經取得了(le)相當的實際應用。

從(cóng)技術(shù)方面來向，模糊圖像處理方法主要(yào)分為(wèi)三大類，分别是圖像增強、圖像複原和(hé)超分辨率重構。

1、圖像增強

增強圖象中的有用信息，它可(kě)以是一(yī)個失真的過程，其目的是要(yào)改善圖像的視(shì)覺效果，針對給定圖像的應用場合，有目的地(dì)強調圖像的整體或局部特性，将原來不清晰的圖像變得清晰或強調某些感興趣的特征，擴大圖像中不同物(wù)體特征之間(jiān)的差别，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質量、豐富信息量，加強圖像判讀和(hé)識别效果，滿足某些特殊分析的需要(yào)。

圖像增強技術(shù)根據增強處理過程所在的空間(jiān)不同，可(kě)分為(wèi)基于空域的算法和(hé)基于頻(pín)域的算法兩大類。

前者把圖像看(kàn)成一(yī)種二維信号，對其進行(xíng)基于二維傅裏葉變換的信号增強。采用低(dī)通(tōng)濾波（即隻讓低(dī)頻(pín)信号通(tōng)過）法，可(kě)去掉圖中的噪聲；采用高通(tōng)濾波法，則可(kě)增強邊緣等高頻(pín)信号，使模糊的圖片變得清晰。具有代表性的空間(jiān)域算法有局部求平均值法和(hé)中值濾波（取局部鄰域中的中間(jiān)像素值）法等，它們可(kě)用于去除或減弱噪聲。

基于空域的算法分為(wèi)點運算算法和(hé)鄰域去噪算法。點運算算法即灰度級校正、灰度變換和(hé)直方圖修正等，目的或使圖像成像均勻，或擴大圖像動态範圍，擴展對比度。鄰域增強算法分為(wèi)圖像平滑和(hé)銳化兩種。平滑一(yī)般用于消除圖像噪聲，但(dàn)是也容易引起邊緣的模糊。常用算法有均值濾波、中值濾波。銳化的目的在于突出物(wù)體的邊緣輪廓，便于目标識别。常用算法有梯度法、算子、高通(tōng)濾波、掩模匹配法、統計差值法等。

2、圖像複原

在圖像的獲取、傳輸以及保存過程中，由于各種因素，如(rú)大氣的湍流效應、攝像設備中光(guāng)學系統的衍射、傳感器特性的非線性、光(guāng)學系統的像差、成像設備與物(wù)體之間(jiān)的相對運動、感光(guāng)膠卷的非線性及膠片顆粒噪聲以及電視(shì)攝像掃描的非線性等所引起的幾何失真，都(dōu)難免會造成圖像的畸變和(hé)失真。通(tōng)常，稱由于這(zhè)些因素引起的質量下(xià)降為(wèi)圖像退化。

早期的圖像複原是利用光(guāng)學的方法對失真的觀測圖像進行(xíng)校正，而數(shù)字圖像複原技術(shù)最早則是從(cóng)對天文觀測圖像的後期處理中逐步發展起來的。其中一(yī)個成功例子是NASA的噴氣推進實驗室在1964年(nián)用計算機處理有關月球的照片。照片是在空間(jiān)飛行(xíng)器上(shàng)用電視(shì)攝像機拍攝的，圖像的複原包括消除幹擾和(hé)噪聲，校正幾何失真和(hé)對比度損失以及反卷積。另一(yī)個典型的例子是對肯尼迪遇刺事件現場照片的處理。由于事發突然，照片是在相機移動過程中拍攝的，圖像複原的主要(yào)目的就是消除移動造成的失真。

3、圖像超分辨率重構

現有的監控系統主要(yào)目标為(wèi)宏觀場景的監視(shì)，一(yī)個攝像機，覆蓋很(hěn)大的一(yī)個範圍，導緻畫(huà)面中目标太小，人(rén)眼很(hěn)難直接辨認。這(zhè)類由于欠采樣導緻的模糊占很(hěn)大比例，對于由欠采樣導緻的模糊需要(yào)使用超分辨率重構的方法。

超分辨率複原是通(tōng)過信号處理的方法，在提高圖像的分辨率的同時(shí)改善采集圖像質量。其核心思想是通(tōng)過對成像系統截止頻(pín)率之外(wài)的信号高頻(pín)成分估計來提高圖像的分辨率。超分辨率複原技術(shù)最初隻對單幅圖像進行(xíng)處理，這(zhè)種方法由于可(kě)利用的信息隻有單幅圖像，圖像複原效果有着固有的局限。序列圖像的超分辨率複原技術(shù)旨在采用信号處理方法通(tōng)過對序列低(dī)分辨率退化圖像的處理來獲得一(yī)幅或者多幅高分辨率複原圖像。由于序列圖像複原可(kě)利用幀間(jiān)的額外(wài)信息，比單幅複原效果更好，是當前的研究熱(rè)點。