安防應(yīng)用中圖像處理難點(diǎn)分析及處理器選擇

　　引言

　　隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高和全球反恐的大勢(shì)所需，以及數(shù)字化技術(shù)本身的不斷進(jìn)步，依托指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)的生物識(shí)別方案和視頻監(jiān)控方案等正逐步成為提高個(gè)人、家庭、企業(yè)和社會(huì)安全性的重要手段。生物識(shí)別方案主要包括四個(gè)步驟：圖像采集、圖像預(yù)處理，特征取樣，匹配分析;而視頻監(jiān)控方案則主要包括圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像處理與傳輸、圖像顯示及圖像管理等。不難看出，無(wú)論是生物識(shí)別還是視頻監(jiān)控，圖像預(yù)處理都是必需的。事實(shí)上，圖像預(yù)處理算法的靈活度、復(fù)雜度、對(duì)圖像處理芯片資源的占用度，以及處理時(shí)間的長(zhǎng)度將直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生舉足輕重的影響。因此，圖像預(yù)處理對(duì)于整個(gè)安防方案來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)艱巨而又關(guān)鍵的任務(wù)，直接決定了后續(xù)圖像處理與分析的準(zhǔn)確性和便捷性。

　　圖像預(yù)處理分析

　　根據(jù)目的的不同，圖像預(yù)處理可分為對(duì)采集圖像進(jìn)行清晰化處理，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別前的預(yù)處理，以及對(duì)圖像進(jìn)行壓縮前的預(yù)處理等。其中，對(duì)采集圖像進(jìn)行清晰化處理主要包括對(duì)CMOS或CCD圖像傳感器感光單元的不一致進(jìn)行后續(xù)糾正，對(duì)實(shí)際環(huán)境與傳感器采集的圖像進(jìn)行差異補(bǔ)償(如背光)，以及對(duì)采集到的原始圖像進(jìn)行去噪處理等。雖然這種預(yù)處理算法本身的難度不大，但隨著實(shí)時(shí)性需求的普及，尤其是在像素較大時(shí)，這種算法還是對(duì)DSP的處理能力提出了很高的要求。

　　而對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別前的預(yù)處理則目的性很強(qiáng)，可能需要破壞原來(lái)的像素和分布，以便后續(xù)進(jìn)行特征提取。這種預(yù)處理算法的難度視識(shí)別場(chǎng)合的不同而不同。要綜合后面的識(shí)別算法部分，選擇適當(dāng)?shù)腄SP。圖像壓縮前的預(yù)處理主要是指將YUV422變?yōu)閅UV420、將RGB變?yōu)閅UV等。這類處理往往有實(shí)時(shí)性要求，如果采用軟件實(shí)現(xiàn)，會(huì)對(duì)處理性能有較高的要求;如果采用硬件實(shí)現(xiàn)，則雖然在處理性能上有保證，但硬件成本會(huì)有所上升。

　　同時(shí)，根據(jù)應(yīng)用不同，圖像預(yù)處理又可分為生物識(shí)別應(yīng)用中的圖像預(yù)處理和視頻監(jiān)控應(yīng)用中的圖像預(yù)處理。對(duì)于生物識(shí)別應(yīng)用，以指紋識(shí)別為例，其預(yù)處理主要包括指紋圖像增強(qiáng)、指紋圖像二值化、指紋圖像細(xì)化、指紋圖像細(xì)化后處理。而視頻監(jiān)控應(yīng)用中的圖像預(yù)處理主要是指對(duì)圖像傳感器輸出的連續(xù)圖像進(jìn)行分析，獲取足夠的信息，并通過(guò)自動(dòng)白平衡、伽馬(Gamma)校正、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光、背光補(bǔ)償?shù)葋?lái)提高圖像的實(shí)際效果。

　　圖像預(yù)處理的挑戰(zhàn)

　　無(wú)論是生物識(shí)別還是視頻監(jiān)控，其圖像預(yù)處理正面臨以下挑戰(zhàn)：其一，用戶對(duì)圖像質(zhì)量的要求越來(lái)越高，圖像預(yù)處理的算法越來(lái)越復(fù)雜，從而對(duì)圖像預(yù)處理主芯片處理能力及存儲(chǔ)空間提出了更加苛刻的要求;其二，用戶對(duì)圖像的實(shí)時(shí)性處理和傳輸要求越來(lái)越高，一方面要求圖像預(yù)處理算法盡量?jī)?yōu)化、精簡(jiǎn)，另一方面也對(duì)圖像預(yù)處理主芯片的內(nèi)核處理能力、內(nèi)部總線架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸能力、外圍接口，以及硬件整體架構(gòu)和指令集對(duì)預(yù)處理算法的支持提出了更高要求;其三，不同于圖像和視頻編解碼算法具有業(yè)界統(tǒng)一的算法標(biāo)準(zhǔn)和清晰的演進(jìn)路線圖，圖像預(yù)處理算法不僅沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和清晰的發(fā)展方向，甚至在很大程度上，方案提供商正是通過(guò)這些“秘密”的個(gè)性化算法來(lái)作為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的法寶。此外，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不同、需求的提高和技術(shù)本身的演進(jìn)，原有算法會(huì)不斷升級(jí)，新的算法會(huì)不斷涌現(xiàn)，這些都要求圖像預(yù)處理芯片具有更高的靈活性和適應(yīng)能力。其四，對(duì)于方案提供商來(lái)說(shuō)，不僅其體現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)力的核心算法需要防止被非法讀取或拷貝，而且無(wú)論是生物識(shí)別還是視頻監(jiān)控，其圖像數(shù)據(jù)往往都會(huì)涉及隱私，因此也需要提供可以信任的安全保證。以上兩方面，都要求圖像處理芯片必須提供一個(gè)可靠、完全的處理平臺(tái)。