視頻圖像處理技術(shù)在安防行業(yè)的應(yīng)用

　　數(shù)字視頻和數(shù)字圖像比傳統(tǒng)的圖像和視頻分辨率要高，處理方便，易于操作和整理。但由于部分設(shè)備性能不足、客觀(guān)條件限制等因素，在實(shí)際的視頻監(jiān)控應(yīng)用中，仍會(huì)出現(xiàn)視頻圖像模糊不清、關(guān)鍵信息捕捉不到等問(wèn)題。而在視頻圖像處理的過(guò)程中，由于操作技術(shù)問(wèn)題或者客觀(guān)因素等，給視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)一些負(fù)面影響，降低了處理技術(shù)的水平和質(zhì)量。隨著人們對(duì)監(jiān)控圖像質(zhì)量的要求越來(lái)越高，提升監(jiān)控圖像的實(shí)用價(jià)值已經(jīng)成為社會(huì)向整個(gè)安防行業(yè)提出的新要求。在這樣的形式下，現(xiàn)在的主流視頻圖像處理技術(shù)是什么?數(shù)字圖像處理技術(shù)在監(jiān)控行業(yè)有哪些具體運(yùn)用?

　　視頻圖像處理技術(shù)的四大技術(shù)

　　視頻圖像處理過(guò)程中會(huì)涉及到對(duì)視頻圖像數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、顯示和回放等過(guò)程，這些過(guò)程共同形成了一個(gè)系統(tǒng)的整體周期，可以連續(xù)性的運(yùn)作。在視頻圖像處理技術(shù)范圍內(nèi)最主要的就是包括了圖像的壓縮技術(shù)和視頻圖像的處理技術(shù)等。目前，市場(chǎng)上主流的視頻圖像處理技術(shù)包括：智能分析處理，視頻透霧增透技術(shù)，寬動(dòng)態(tài)處理，超分辨率處理，下面分別介紹以上四種處理技術(shù)。

　　智能分析處理技術(shù)

　　智能視頻分析技術(shù)是解決視頻監(jiān)控領(lǐng)域大數(shù)據(jù)篩選、檢索技術(shù)問(wèn)題的重要手段。目前國(guó)內(nèi)智能分析技術(shù)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是通過(guò)前景提取等方法對(duì)畫(huà)面中的物體的移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)設(shè)定規(guī)則來(lái)區(qū)分不同的行為，如拌線(xiàn)、物品遺留、周界等;另一類(lèi)是利用模式識(shí)別技術(shù)對(duì)畫(huà)面中所需要監(jiān)控的物體進(jìn)行針對(duì)性的建模，從而達(dá)到對(duì)視頻中的特定物體進(jìn)行檢測(cè)及相關(guān)應(yīng)用，如車(chē)輛檢測(cè)、人流統(tǒng)計(jì)、人臉檢測(cè)等應(yīng)用。

　　視頻透霧增透技術(shù)

　　視頻透霧增透技術(shù)，一般指將因霧和水氣灰塵等導(dǎo)致朦朧不清的圖像變得清晰，強(qiáng)調(diào)圖像當(dāng)中某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使得圖像的質(zhì)量改善，信息量更加豐富。由于霧霾天氣以及雨雪、強(qiáng)光、暗光等惡劣條件導(dǎo)致視頻監(jiān)控圖像的圖像對(duì)比度差、分辨率低、圖像模糊、特征無(wú)法辨識(shí)等問(wèn)題，增透處理后的圖像可為圖像的下一步應(yīng)用提供良好的條件。

　　數(shù)字圖像寬度動(dòng)態(tài)的算法

　　數(shù)字圖像處理中寬動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)基本特征，在圖像和視覺(jué)恢復(fù)中占據(jù)了重要的位置，關(guān)系著最終圖像的成像質(zhì)量。其動(dòng)態(tài)的范圍主要受保護(hù)信號(hào)量和平均噪聲比值來(lái)決定的，其中動(dòng)態(tài)范圍可以從光能的角度來(lái)定義。

　　數(shù)字的信號(hào)處理會(huì)受到曝光量中曝光效果、光照度和強(qiáng)度的影響和作用。動(dòng)態(tài)范圍跟圖案的深度息息相關(guān)，如果圖像動(dòng)態(tài)范圍寬，則在圖像處理時(shí)亮度變化較為明顯，但如果動(dòng)態(tài)范圍較窄，在亮度轉(zhuǎn)化時(shí)，亮暗程度的變化并不明顯。目前圖像的寬動(dòng)態(tài)范圍在視頻監(jiān)控、醫(yī)療影像等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

超分辨率重建技術(shù)

　　提高圖像分辨率最直接的辦法就是提高采集設(shè)備的傳感器密度。然而高密度的圖像傳感器的價(jià)格相對(duì)昂貴，在一般應(yīng)用中難以承受;另一方面，由于成像系統(tǒng)受其傳感器陣列密度的限制，目前已接近極限。

　　解決這一問(wèn)題的有效途徑是采用基于信號(hào)處理的軟件方法對(duì)圖像的空間分辨率進(jìn)行提高，即超分辨率(SR：Super-Resolution)圖像重建，其核心思想是用時(shí)間帶寬(獲取同一場(chǎng)景的多幀圖像序列)換取空間分辨率，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨率向空間分辨率的轉(zhuǎn)換，使得重建圖像的視覺(jué)效果超過(guò)任何一幀低分辨率圖像。

視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用

　　顯然，圖像處理的目是改善圖像質(zhì)量、提取有用信息、識(shí)別預(yù)定目標(biāo)等。在新發(fā)展條件下，隨著人們對(duì)視頻安防監(jiān)控的重視，視頻圖像處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用也越來(lái)越得到人們的關(guān)注。究竟視頻圖像處理技術(shù)在安防領(lǐng)域有哪些應(yīng)用?小編列舉以下四項(xiàng)：

　　1)視頻監(jiān)控在各類(lèi)政府工程項(xiàng)目“平安城市”、“智慧城市”、“智能交通”、“3111工程”、“平安校園”等項(xiàng)目中，視頻監(jiān)控都是不可或缺的一部分。視頻圖像的質(zhì)量直接影響安防監(jiān)控的力度，應(yīng)用視頻圖像處理技術(shù)可提高安防監(jiān)控的質(zhì)量。針對(duì)視頻圖像處理,迅通近期推出一款新產(chǎn)品——視頻圖像智能分析軟件(簡(jiǎn)稱(chēng)迅通VAIS)。這是一款集合寬動(dòng)態(tài)增強(qiáng)技術(shù)處理、超分辨率重建技術(shù)、去霧增強(qiáng)處理技術(shù)的視頻圖像處理軟件，可廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的監(jiān)控視頻圖像處理，提升畫(huà)面質(zhì)量，同時(shí)無(wú)需在系統(tǒng)前端投入。該軟件可通過(guò)對(duì)視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)在無(wú)人值守后臺(tái)的情況下不間斷地對(duì)視頻圖像進(jìn)行自動(dòng)處理并歸檔，以方便隨時(shí)調(diào)看處理過(guò)的視頻，極大程度上將繁瑣的處理過(guò)程簡(jiǎn)便化，為“平安城市”、“智能交通”等項(xiàng)目保駕護(hù)航。目前全國(guó)各地平安城市建議正如火如荼地進(jìn)行，大部分重點(diǎn)城市平安城市建設(shè)已完成。項(xiàng)目完成后，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用尤為重要，如何更好地應(yīng)用該系統(tǒng)為城市治安，城市建議作貢獻(xiàn)?面對(duì)海量的視頻文件，如何提高應(yīng)用?由于初期平安建設(shè)監(jiān)控應(yīng)用普遍使用模擬攝像機(jī)或者標(biāo)清攝像機(jī),視頻畫(huà)質(zhì)比較模糊,要想滿(mǎn)足高清化的應(yīng)用需要,以往的方法是更換原有前端攝像機(jī),該方法的缺點(diǎn)是大幅度增加成本投入,如果應(yīng)用迅通VAIS視頻處理軟件,即可在低成本的情況下滿(mǎn)足應(yīng)用需求。

　　2)常規(guī)攝像機(jī)視場(chǎng)中的物體在有亮度較高的背景光情況下，如看門(mén)口或窗外的物體時(shí)，在拍攝過(guò)程中，被拍攝的主體目標(biāo)后面有非常亮的背景或一個(gè)亮點(diǎn)光源。傳統(tǒng)普通攝像機(jī)對(duì)單一圖像中最亮和最暗部分的平衡調(diào)整能力非常有限，一般以攝取進(jìn)來(lái)的所有光線(xiàn)的平均值為基準(zhǔn)，并決定曝光等級(jí)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，一種稱(chēng)為背光補(bǔ)償(BLC)的方法通過(guò)加權(quán)的區(qū)域理論被廣泛使用在多數(shù)攝像機(jī)上。采用中央背光補(bǔ)償(BLC)模式，它主要是靠提升視場(chǎng)中央部分的亮度、降低視場(chǎng)四周部分的亮度來(lái)達(dá)到看清位于中央位置內(nèi)物體的目的。但是，在這種情況下攝像機(jī)無(wú)法同時(shí)看清前場(chǎng)景與后場(chǎng)景內(nèi)的目標(biāo)，使用寬動(dòng)態(tài)(Wide-dynamic)范圍工作模式可有效解決這一矛盾。在一些明暗反差較強(qiáng)烈的場(chǎng)合，傳統(tǒng)攝像機(jī)的表現(xiàn)就不盡如意，得不到清晰的圖像。于是通過(guò)技術(shù)手段使攝像機(jī)具備良好的寬動(dòng)態(tài)功能(WDR)，近年來(lái)寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)被廣泛應(yīng)用于背光環(huán)境下的場(chǎng)合。但如果大范圍應(yīng)用寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，系統(tǒng)造價(jià)比較高，特別針對(duì)原有系統(tǒng)的升級(jí)，更是造成一種浪費(fèi)。迅通VAIS視頻圖像處理中的寬動(dòng)態(tài)背光處理技術(shù)可改善視頻監(jiān)控中整體偏黑、背光的圖像，增加圖像的層次跟細(xì)節(jié)，還原視頻圖像的關(guān)鍵信息。例如在交通視頻、銀行取款機(jī)監(jiān)控視頻、倉(cāng)庫(kù)視頻等監(jiān)控視頻中，經(jīng)常出現(xiàn)圖像背光的情況，一旦出現(xiàn)事故視頻圖像將成為關(guān)鍵的信息來(lái)源。監(jiān)管人員可利用寬動(dòng)態(tài)、背光處理后的監(jiān)控視頻圖像進(jìn)行分析取證，提升視頻摘要檢索的準(zhǔn)確率，獲取關(guān)鍵信息，快速找到想要的數(shù)據(jù)。

示例：下面為某車(chē)庫(kù)入口場(chǎng)景圖片：

　　左圖為星光級(jí)高清攝像機(jī)下的暗光模擬視頻，通過(guò)知名摘要軟件摘要后，得出此段視頻共有4個(gè)對(duì)象，最黑部分的關(guān)鍵人物摘要丟失。右圖為將原視頻經(jīng)過(guò)迅通VAIS進(jìn)行增強(qiáng)處理，再進(jìn)行摘要后，結(jié)果同一段視頻得出11個(gè)對(duì)象，大大增加識(shí)別準(zhǔn)確率。此外，迅通VAIS還準(zhǔn)確摘到右邊暗處走出來(lái)的人物。

　　3)以視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)材料的圖像偵查成為繼刑偵、技偵、網(wǎng)偵之后偵查破案的第四大技術(shù)支撐。人們可通過(guò)視頻圖像智能分析處理技術(shù)，對(duì)視頻中的特定物體進(jìn)行檢測(cè)與分析，從而獲取視頻關(guān)鍵信息，協(xié)助公安部門(mén)快速破案，實(shí)際應(yīng)用在車(chē)牌分辨、背光人臉?lè)直娴确矫妗?/P>

　　示例：下圖為快速公路，晚上10點(diǎn)左右，車(chē)燈強(qiáng)光照射，超速車(chē)速模糊車(chē)牌處理：

　　以上車(chē)輛圖像，經(jīng)過(guò)迅通VAIS多幀重建后，可以辨別車(chē)牌6位數(shù)字字母組合中的5位?？梢?jiàn)，視頻圖像處理技術(shù)能提高人們對(duì)關(guān)鍵信息的獲取能力，助力圖像偵查。

4)連日來(lái)的大霧天氣形成了巨大的污染帶，從北京、天津到石家莊，從鄭州、南通到貴陽(yáng)，空氣污染指數(shù)持續(xù)上升，全國(guó)74個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)城市近半數(shù)嚴(yán)重污染，北京城區(qū)PM2.5一度逼近1000。巨大的霧霾籠罩在中國(guó)上空，遮蔽了視線(xiàn)，嚴(yán)重影響著各地居民的正常生活及交通運(yùn)輸暢通。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員介紹，霧霾天氣下，大部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)控的圖像色彩將會(huì)暗淡、其對(duì)比度也會(huì)變低，因此會(huì)導(dǎo)致一些重要目標(biāo)的細(xì)節(jié)淹沒(méi)在霧氣中難以發(fā)現(xiàn)，這就會(huì)導(dǎo)致視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常功能發(fā)揮受到影響。如何去除視頻中遮擋的霧氣等雜物，提高視頻成像清晰度，成為當(dāng)前戶(hù)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的技術(shù)，尤其是當(dāng)前智能交通網(wǎng)的建設(shè)下，對(duì)這一要求更加迫切。迅通VAIS通過(guò)去霧處理技術(shù)對(duì)低質(zhì)量、霧霾天氣以及雨雪、強(qiáng)光、暗光等惡劣條件下的視頻圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。解決視頻監(jiān)控圖像的圖像對(duì)比度差、分辨率低、圖像模糊、特征無(wú)法辨識(shí)等圖像問(wèn)題，助力公安機(jī)關(guān)對(duì)圖像信息的提取和判斷。

　　示例：下圖為山區(qū)公路大霧視頻處理對(duì)比：

　　在原始圖像中，場(chǎng)景圖像整體發(fā)白，細(xì)節(jié)模糊，對(duì)比度下降。經(jīng)迅通VAIS處理以后，整幅圖像對(duì)比度加大，散射效應(yīng)得到很大程度抑制，圖像顯得清晰、通透，增加了圖像的層次和細(xì)節(jié)。

　　總結(jié)

　　隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的不斷進(jìn)步，視頻和圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟起來(lái)，對(duì)人們的生活和工作起著重要的作用。未來(lái)，視頻監(jiān)控與我們生活的聯(lián)系將日益密切。毫無(wú)疑問(wèn)，視頻圖像處理技術(shù)的研發(fā)是時(shí)下最大的安防熱點(diǎn)之一，也是眾多安防企業(yè)值得關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。