透視霧霾 一掃朦朧

　　從以上電子透霧原理的解釋可以得知其優(yōu)勢在于：1、不會(huì )增加額外的硬件成本;2、能夠保留原有的色彩細節;3、透霧算法除了可以應用在前端攝像機上，還可以應用在后端的DVR、NVR、甚至顯示器上等硬件設備上。但是其劣勢也表現明顯：1、由于電子透霧是通過(guò)可見(jiàn)光成像，而可見(jiàn)光穿透能力弱，易受大氣的水汽、灰塵等阻隔、散射，因此在濃霧場(chǎng)景中，由可見(jiàn)光在大氣傳播過(guò)程中損失掉的信息，是無(wú)法“從無(wú)到有”進(jìn)行恢復的;2、作為一種ISP圖像還原技術(shù)，在依靠透霧算法逆向推演過(guò)程中，當景物信息相對偏弱的時(shí)候，對圖像還原往往會(huì )引入噪聲，當降噪功能開(kāi)啟后，在抹平的同時(shí)亦會(huì )導致畫(huà)面失真、細節丟失;3、基于不同的算法，其透霧效果各異。就目前透霧算法的整體水平而言，只能應用在一般的霧氣環(huán)境中，一旦霧霾濃度提升時(shí)，其效果將會(huì )大打折扣。

　　光學(xué)透霧

　　在認識光學(xué)透霧之前，讓我們先來(lái)了解一下基本的光學(xué)知識。大氣中的自然光是由波長(cháng)不同的光波組合而成，人眼可見(jiàn)范圍大致為390nm-780nm，波長(cháng)從長(cháng)到短分別對應了紅橙黃綠青藍紫七種顏色，其中波長(cháng)小于390nm的叫做紫外線(xiàn)，波長(cháng)大于780nm的叫做紅外線(xiàn)。不同波段的光因為波長(cháng)的不同具有不同的特性，而紅外線(xiàn)因為擁有較長(cháng)的波長(cháng)，在傳播時(shí)受氣溶膠的影響較小，可穿透一定濃度的霧靄煙塵，實(shí)現準確聚焦，這就是光學(xué)透霧的主要依據。

　　光學(xué)透霧采用紅外光成像，因此成像的重點(diǎn)在于對特定近紅外波段光線(xiàn)的截取與準確聚焦。實(shí)現這一原理的核心元器件是透霧濾光片，而透霧濾光片裝在鏡頭還是裝在攝像機上，也會(huì )帶來(lái)透霧效果的差異。

　　透霧鏡頭

　　可以說(shuō)鏡頭的好壞決定了光學(xué)透霧的效果，而鏡頭設計的難度在于光學(xué)設計及材質(zhì)選擇與工藝技術(shù)上，其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等。專(zhuān)業(yè)的透霧鏡頭內置有針對性很強的濾波片，作用是精確截取所需波段的光線(xiàn)，為了適應特定環(huán)境狀況，常常會(huì )加載多片針對不同波段的濾波片，并通過(guò)485接口與攝像機聯(lián)動(dòng)，實(shí)現切換。另外，透霧鏡頭的最大的不同在于能承載紅外波段的寬度，即成焦面的寬容度。從原理上，可利用的近紅外波段越寬越好，但是受限于鏡頭光路設計的難度與CCD的感光能力，目前安防業(yè)內的鏡頭已知能利用的最長(cháng)紅外波段為1100nm。

　　濾波片

　　目前攝像機廠(chǎng)家考慮到透霧鏡頭高昂的造價(jià)，為了尋求更經(jīng)濟實(shí)惠的光學(xué)透霧模式，利用光學(xué)透霧截取近紅外光成像的原理，他們會(huì )選擇在普通鏡頭的攝像機上增加透霧濾波片，當攝像機切換到透霧模式的同時(shí)自動(dòng)切換透霧濾光片，通過(guò)透霧濾波片精確截取適合成像的近紅外波段，從而實(shí)現較為經(jīng)濟的光學(xué)透霧。

　　從上述光學(xué)透霧原理解析，我們可以知道直接利用相較于可見(jiàn)光具有更大穿塵透霧能力的近紅外波段光線(xiàn)進(jìn)行成像，不僅可以采集到清晰的監控畫(huà)面，而且能保留更多的圖像細節，在夜市下、長(cháng)遠距離下及嚴重霧霾天氣下都能獲得極好的監控效果，目前已在海事、海洋領(lǐng)域有了不錯的運用。但是由于過(guò)濾了可見(jiàn)光，圖像只能以黑白呈現。另外，受鏡頭高昂成本的限制，因此在實(shí)際項目及民用市場(chǎng)的應用中受到極大的限制。

　　兩種技術(shù)的難點(diǎn)突破

　　從以上兩種透霧技術(shù)的原理及應用上，可以看出各自的優(yōu)劣勢。那么這兩種透霧技術(shù)在未來(lái)發(fā)展層面上需要突破的難點(diǎn)在哪里呢?讓我們看看以下專(zhuān)家給出的看法：

　　浙江宇視科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“宇視”)IPC高級產(chǎn)品經(jīng)理陳乾：電子透霧的核心—透霧算法，是一種圖像增強技術(shù),集成在IPC的芯片上。不同的算法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，糟糕的算法會(huì )使畫(huà)面失真，簡(jiǎn)單的算法則透霧效果不足，但是復雜的算法又對硬件性能有要求，相應的成本也會(huì )增加。因此，電子透霧的未來(lái)發(fā)展難點(diǎn)將在于透霧算法的提升以及如何提高承載復雜透霧算法的處理器能力。

　　蘇州科達科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“科達”)監控產(chǎn)品經(jīng)理李偉偉：光學(xué)透霧的重點(diǎn)在于截取近紅外光線(xiàn)成像，而這部分大都由鏡頭完成。目前的透霧鏡頭價(jià)格昂貴，限制了其在市場(chǎng)上的大規模應用。因此，光學(xué)透霧的發(fā)展難點(diǎn)將在于如何降低透霧鏡頭的成本。

　　?？低曇o：基于霧霾形成的不確定性，還需要做到模式自適應，智能開(kāi)啟透霧功能。目前的攝像機在電子透霧上可以通過(guò)對比參數判定是否需要開(kāi)啟透霧模式，達到自動(dòng)偵測霧氣，或者通過(guò)預設模式判定出霧氣濃淡，選擇進(jìn)入相應的透霧模式。然而就目前情況來(lái)看，這種偵測霧濃度的準確度還有待于進(jìn)一步提升。而光學(xué)透霧，由于在功能上需要區分不同的模式，大多時(shí)候都需要自己手動(dòng)開(kāi)啟透霧模式。

　　方案升級：雙透霧技術(shù)

　　雙透霧技術(shù)，顧名思義就是光學(xué)透霧+電子透霧。光學(xué)透霧主要依靠光學(xué)元器件，電子透霧主要依靠ICE運算，在光學(xué)透霧的基礎上集成透霧算法，在原有光學(xué)透霧的基礎上使透霧效果得到進(jìn)一步的提升。這種技術(shù)對于安防廠(chǎng)家的要求非常高，產(chǎn)品在設計時(shí)，就需要對各種波段光線(xiàn)透霧性能做細致研究，通過(guò)大量的實(shí)驗論證，并分析在不同濃度霧霾下測試所采集的大量實(shí)驗數據，才能從多種方案中選擇出最合適的濾光片、鏡頭、傳感器和特定的透霧算法組合。在保證了透霧效果的同時(shí)，需要避免出現圖像噪聲過(guò)大，清晰度下降的情況，從而得到進(jìn)一步提升的透霧效果 。

　　宇視陳乾進(jìn)一步補充道：“電子透霧和光學(xué)透霧互有優(yōu)劣勢，并且互補，完全可以融合在一起。結合這兩種監控透霧的應用需求，企業(yè)已研發(fā)出內置光學(xué)透霧+電子透霧的雙透霧功能網(wǎng)絡(luò )攝像機。它可以在近距離或一般霧氣環(huán)境中，通過(guò)開(kāi)啟電子透霧消除霧感，獲得清晰、通透的彩色圖像;一旦霧霾影響嚴重時(shí)，采用內置的光學(xué)透霧組件就會(huì )開(kāi)啟光學(xué)透霧，即使只配備了普通鏡頭，依然能實(shí)現清晰的光學(xué)透霧效果，不會(huì )丟失任何細節，并且由于相較傳統的光學(xué)透霧鏡頭方案大大降低了成本，可以在平安城市等行業(yè)中大規模推廣應用。”

　　透霧技術(shù)應用前景

　　傳統的透霧攝像機多采用光學(xué)透霧技術(shù)，搭配專(zhuān)業(yè)的透霧鏡頭因具有較長(cháng)焦段，在遠距離監控的場(chǎng)景中能得到較好的透霧效果，已廣泛應用于森林防火、海事、邊防等，具有較長(cháng)的實(shí)際應用歷史。由于專(zhuān)業(yè)的透霧鏡頭價(jià)格不菲，因而無(wú)法在其它通用行業(yè)中得到大規模的應用，但是在以上行業(yè)應用中所表現出來(lái)的透霧效果還是很突出的，得到用戶(hù)的廣泛認可。隨著(zhù)新技術(shù)的產(chǎn)生，如果可以做到降低鏡頭成本的問(wèn)題，相信未來(lái)的應用前景會(huì )越來(lái)越大。

　　霧霾天氣的日漸嚴重及擴大化，對具有實(shí)時(shí)透霧的攝像機的需求也在不斷增加，而電子透霧技術(shù)的出現，以其低成本、易部署等特點(diǎn)，加上良好的透霧效果，已贏(yíng)得市場(chǎng)好評，在城市監控中得到廣泛應用。上海廣拓信息技術(shù)有限公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理趙輝提到：“對于輕度的霧與霧霾，目前市場(chǎng)上的透霧攝像機已經(jīng)做到較好的透霧效果。無(wú)論是球機類(lèi)型還是半球類(lèi)型的攝像機產(chǎn)品均可以嵌入透霧算法后實(shí)現透霧功能，在近距離、輕度霧霾下的監控都能達到一定的透霧效果，只是最終的實(shí)現效果會(huì )因各廠(chǎng)家的生產(chǎn)技術(shù)不同而略有千秋。另外，隨著(zhù)圖像芯片技術(shù)的發(fā)展，在推出透霧功能的算法核心后，開(kāi)發(fā)商和設備廠(chǎng)商只需要基于圖像算法的引擎，就可以做出一個(gè)相對比較好的透霧效果。”科達李偉偉進(jìn)一步補充道：“隨著(zhù)處理器性能的不斷提升，圖像還原的數字透霧技術(shù)的優(yōu)化，‘圖像還原的數字透霧’將成為SoC一個(gè)內置模塊，將來(lái)也會(huì )成為攝像機的標配功能。”

　　另外，電子透霧采用的是算法處理技術(shù)，雖然目前更多的是由前端攝像機進(jìn)行嵌入，但在顯示器/監視器、DVR、NVR等后端設備上存在一定的需求，在后端嵌入電子透霧后，對于提升色彩飽和度與圖像質(zhì)量會(huì )有一定幫助，能夠得到圖像二次優(yōu)化后的成像效果;其次，也會(huì )讓透霧應用變得更為廣泛，滿(mǎn)足了目前透霧產(chǎn)品線(xiàn)不全或原有設備不支持透霧技術(shù)的后端升級應用。

　　結語(yǔ)

　　無(wú)論采用哪種技術(shù)，亦或使用哪種方式，目標就是在霧霾籠罩的天氣下，監控攝像機依然能夠透視霧霾，一掃朦朧，監控每個(gè)角落，呈現清晰的監控畫(huà)面。盡管當下透霧攝像機已做到克服輕度霧霾天氣的干擾，初步滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，但是隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，透霧技術(shù)的不斷突破，或許在未來(lái)會(huì )出現更先進(jìn)的應對霧霾的技術(shù)。