模糊視(shì)頻(pín)图像处理技術(shù)在安防领域的应用

• 2020/06/02

模糊图像产生的原因分析

随着计算机图像处理技術(shù)的快(kuài)速发展、信息化普及度加大，以及人(rén)们安防意识的提高，实時(shí)視(shì)頻(pín)监控系统已经逐步成為(wèi)人(rén)们生活中不可(kě)或缺的一(yī)部分，已经被广泛应用在生产、交通(tōng)、社会安全等方面。但(dàn)是受恶劣天气(雾、雨、風(fēng)、光(guāng)等)和(hé)监控系统自(zì)身技術(shù)条件的限制，視(shì)頻(pín)图像往往达不到理想的效果。图质出现退化或模糊不清，进而导致对识别、取证、事件分析等操作(zuò)造成困难，使系统无法正常应用。因此，模糊图像处理技術(shù)的研究和(hé)应用在安防领域具有很(hěn)重要(yào)的意义。

系统自(zì)身因素

一(yī)个全模拟监控系统中，從(cóng)前端到后端由图像采集、图像传输、图像存储、图像显示等几个环节构成。在每一(yī)个环节或都(dōu)会产生視(shì)頻(pín)信息损失，也就是让图像质量变差或变模糊。

镜头：影响进入摄像机的光(guāng)通(tōng)量和(hé)成像的精确性，会直接导致图像模糊；摄像机感光(guāng)元件Sensor：影响到光(guāng)信号的采集和(hé)光(guāng)电转换效果，会直接导致图像模糊；視(shì)頻(pín)传输电缆两端的BNC接头：因信号屏蔽的缝隙会造成信号损失，視(shì)頻(pín)传输电缆经过長(cháng)距离的传输，传输线缆的电阻、屏蔽、阻抗匹配等問(wèn)题，都(dōu)会引起信号的衰减，也会直接导致图像质量变差变模糊，监視(shì)器图像呈现端也会有一(yī)定的信号损失。

在一(yī)个全數(shù)字視(shì)頻(pín)监控系统中，采用网络传输，经过數(shù)字化编码的視(shì)頻(pín)信号的传输和(hé)存储相对于模拟系统，可(kě)以更有效避免因信号衰减造成图像损伤。但(dàn)是，在镜头、图像采集以及后端呈现時(shí)的图像信号耗损仍然无法避免。另外(wài)，在數(shù)字視(shì)頻(pín)监控系统中，又增加了(le)視(shì)頻(pín)信号的A/D转换、視(shì)頻(pín)编码压缩环节，這(zhè)些环节仍会导致图像信息的损失。现有的視(shì)頻(pín)压缩编码算法都(dōu)是有损压缩，会直接导致視(shì)頻(pín)信息的丢失，影响視(shì)頻(pín)清晰度。

自(zì)然环境

除系统本身因素以外(wài)，自(zì)然环境对視(shì)頻(pín)图像清晰度影响也非常大。若遇到刮風(fēng)、下(xià)雨、下(xià)雪、大雾等自(zì)然天气，都(dōu)会导致图像质量急剧下(xià)降或模糊不清。除此以外(wài)，还有照度不足、背光(guāng)、逆光(guāng)、温度过低(dī)或过高等，都(dōu)会对图像还原系统造成影响，影响到图像清晰度。在光(guāng)线不足的条件下(xià)，摄像机的Sensor成像会产生很(hěn)多噪声，這(zhè)些噪声会影响图像清晰度，而且会使图像编码的码流大幅增加。

人(rén)為(wèi)环境

供电系统的电源不“干净”，即窜入比较强的干扰信号，具体是指在50Hz的正弦波上(shàng)叠加有干扰信号，如(rú)果电网中有大功率可(kě)控硅调頻(pín)调速装置、可(kě)控硅整流装置、可(kě)控硅交直流变换装置等都(dōu)会对电源产生污染。

电視(shì)监控系统附近有很(hěn)强的电磁干扰源或电磁辐射。电磁干扰源如(rú)电焊、无线电发射、大电机、大继电器的干扰等，也会导致对視(shì)頻(pín)信号干扰。电磁干扰会导致图像有間(jiān)距相等的竖条或图像呈规律性闪烁条纹等，從(cóng)而导致图像模糊。还有，就是人(rén)為(wèi)破坏导致，比如(rú)被弄得难以识别的车牌等，致使摄像机无法摄取车牌号等。

模糊图像处理技術(shù)的发展

從(cóng)20世纪90年(nián)代以来，安防行(xíng)业经历了(le)一(yī)个飞速发展的時(shí)期。随着安防监控系统從(cóng)全模拟到全數(shù)字的发展，人(rén)们对图像质量要(yào)求越来越高，图像分辨率也经历了(le)從(cóng)CIF到标清再到高清的变迁。

早期传统的监控系统采用模拟信号传输方式，称為(wèi)第一(yī)代全模拟监控時(shí)代，那(nà)時(shí)的視(shì)頻(pín)文件通(tōng)过磁带录像机进行(xíng)录制和(hé)保存。因為(wèi)視(shì)頻(pín)图像的存储都(dōu)是采用模拟设备，模拟存储设备随着使用時(shí)間(jiān)的延長(cháng)，图像会有一(yī)定的信息损失。但(dàn)是模糊图像处理技術(shù)是基于數(shù)字图像进行(xíng)处理的技術(shù)，所以在纯模拟年(nián)代，其还没有被引入到安防领域。

因模拟监控系统固有的缺陷，随着计算机技術(shù)的不断发展，數(shù)字存储方式逐渐取代了(le)模拟磁带存储。随之进入了(le)第二代准數(shù)字监控系统，以數(shù)字硬盘录像DVR為(wèi)主，替代了(le)模拟录像机，跨出數(shù)字监控的第一(yī)步。在視(shì)頻(pín)图像數(shù)字化以后，图像处理技術(shù)開(kāi)始派上(shàng)了(le)用场，模糊图像处理技術(shù)逐步被引入到安防领域。

随着计算机与网络技術(shù)的发展，目前視(shì)頻(pín)监控已经发展到了(le)基于IP网络的全數(shù)字监控時(shí)代，這(zhè)样就进入了(le)第三代全數(shù)字网络視(shì)頻(pín)监控時(shí)代。這(zhè)个時(shí)代的代表产品以IPC、NVR為(wèi)主。視(shì)頻(pín)图像數(shù)字化以后，模糊图像处理技術(shù)在安防领域便得到了(le)广泛的应用。

模糊图像处理技術(shù)属于图像处理技術(shù)的一(yī)种，其利用计算机，对图像信息中的數(shù)字信号进行(xíng)运算或处理，以期提高图像的质量，使达到预期的结果，因此也称為(wèi)计算机图像处理技術(shù)。如(rú)对被噪声污染的图像除去噪声、对信息微(wēi)弱的图像进行(xíng)增强处理、对失真的图像进行(xíng)几何校正等。近年(nián)，随着人(rén)们安全防范意识越来越高和(hé)社会对安保需求的越来越强烈，监控图像处理技術(shù)也将在這(zhè)样的市场需求和(hé)规律中不断演进，并发挥出越来越明(míng)显的作(zuò)用。

安防行(xíng)业的特殊要(yào)求

计算机图像处理是将图像信号转换成數(shù)字信号并利用计算机对其进行(xíng)处理。由于计算机的处理速度极快(kuài)，且數(shù)字信号具有失真小、易保存、易传输、抗干扰能(néng)力强等特点，因而计算机图像处理的应用十分广泛，包括航空航天、遥测技術(shù)、醫(yī)疗器械、工(gōng)业自(zì)动化检测、安全识别等各大领域。每一(yī)个应用领域都(dōu)有其特殊性要(yào)求，在安防监控行(xíng)业应用也有其固有的特殊性：

1、对图像清晰度要(yào)求较高。在治安监控现场，公安机关往往需要(yào)通(tōng)过监控录像来辨认嫌疑人(rén)、证据等，一(yī)般清晰度不高的視(shì)頻(pín)都(dōu)达不到這(zhè)种要(yào)求。在交通(tōng)监控现场，交警需要(yào)通(tōng)过监控图像来识别车牌、违章(zhāng)行(xíng)為(wèi)、驾驶人(rén)等要(yào)求，模糊图像在這(zhè)种场合根本无法应用。

2、不同行(xíng)业的监控，对图像要(yào)求具有差异性。比如(rú)醫(yī)疗监控，对图像的色彩还原性要(yào)求比较高。智能(néng)交通(tōng)监控，对摄像机夜間(jiān)照度和(hé)抓拍速度要(yào)求比较高，要(yào)求能(néng)清晰辨别车牌。在无人(rén)值守监控，需要(yào)设备在无人(rén)监管的条件下(xià)能(néng)長(cháng)期稳定工(gōng)作(zuò)。

3、户外(wài)安装，无人(rén)看(kàn)守。在安防领域，大多情况设备需要(yào)安装在室外(wài)，设备需要(yào)经受常年(nián)的風(fēng)吹日晒。电子设备自(zì)身的老(lǎo)化的速度会比其他(tā)领域要(yào)相对快(kuài)一(yī)些。摄像机、镜头、传输线路等设施的老(lǎo)化会导致图像越来越模糊。

4、海(hǎi)量視(shì)頻(pín)路數(shù)的要(yào)求。在大型平安城市监控项目中，視(shì)頻(pín)路數(shù)会达到上(shàng)万路，甚至更多。所以在視(shì)頻(pín)监控领域都(dōu)期望視(shì)頻(pín)编码的码率压缩比达到最高，從(cóng)而降低(dī)对带宽和(hé)存储容量的要(yào)求。這(zhè)就导致在視(shì)頻(pín)编码环节产生更多的信息丢失，從(cóng)而导致图像模糊。

安防领域的這(zhè)些特殊应用要(yào)求都(dōu)会导致图像清晰度的下(xià)降，反过来又对图像清晰度有很(hěn)高的要(yào)求，势必会导致模糊图像处理技術(shù)在這(zhè)里有广阔的应用前景。

模糊图像处理技術(shù)的局限性

目前受硬件技術(shù)水平、传输带宽以及应用环境等因素影响，图像模糊問(wèn)题还无法得到彻底解决。

图像從(cóng)采集、传输、存储到显示，任何一(yī)个环节对图像质量都(dōu)很(hěn)关键，任何一(yī)个步骤出問(wèn)题都(dōu)会影响图像质量，而且這(zhè)种影响是不可(kě)逆的。所以说，彻底解决图像模糊問(wèn)题，需要(yào)一(yī)个全方位的技術(shù)更新。比如(rú)，在当前的數(shù)字图像技術(shù)的背景下(xià)，编码技術(shù)是影响图像质量的瓶颈之一(yī)，如(rú)果出现一(yī)种压缩比高、图像损失小的编码算法，当然会一(yī)定程度解决因為(wèi)压缩导致的图像模糊問(wèn)题，不过要(yào)实现這(zhè)种算法效果，通(tōng)常需要(yào)更高的运算代价，所以还需要(yào)硬件技術(shù)的更新来满足這(zhè)样的算法。

类似超分辨重构的模糊图像处理技術(shù)，由于其算法的复雜(zá)性，目前的常规设备还很(hěn)难做(zuò)到实時(shí)处理高清图像，所以算法的效率仍是目前模糊图像处理不足的原因之一(yī)，這(zhè)就需要(yào)從(cóng)算法和(hé)硬件两方面入手，提高算法效率，同時(shí)也需要(yào)提升硬件性能(néng)。

另外(wài)，目前各种针对模糊图像处理的算法，都(dōu)是基于某种特定场景应用而产生的解决方法，各种算法存在的局部性和(hé)局限性都(dōu)造成了(le)算法应用的障碍。所以在未来的很(hěn)多年(nián)，关于图像处理的算法和(hé)模型也还有很(hěn)長(cháng)的路要(yào)走。

发展趋势及展望

广义上(shàng)说，获取不到足够信息的图像都(dōu)可(kě)以叫做(zuò)模糊图像，所以图像模糊問(wèn)题会随着人(rén)们需求的提升而有新的表现。比如(rú)目前的监控领域也许只需要(yào)一(yī)幅有一(yī)定分辨率的图像能(néng)满足人(rén)脸识别的需求即可(kě)，随着社会的发展也许我们需要(yào)通(tōng)过一(yī)段視(shì)頻(pín)来分析某人(rén)的嘴部动作(zuò)，從(cóng)而分析他(tā)在说什么，這(zhè)样的话会需要(yào)更高分辨率更清晰的图像。這(zhè)将是一(yī)个永恒不变的追求方向，所以模糊图像处理的問(wèn)题将会被一(yī)直研究下(xià)去。

視(shì)頻(pín)监控作(zuò)為(wèi)物(wù)联网的一(yī)部分，随着物(wù)联网的不断发展和(hé)应用，最终将会朝着智能(néng)化的方向发展，图像模糊的自(zì)动分析即成為(wèi)系统自(zì)检应用的技術(shù)之一(yī)，通(tōng)过智能(néng)分析，系统将会自(zì)动识别图像的几何形状、色彩、噪声、模糊、融合，以及超分辨等图像效果进行(xíng)自(zì)动分析和(hé)处理。随着模糊图像处理技術(shù)的应用范围越来越广泛，模糊图像处理技術(shù)和(hé)智能(néng)分析的完美结合必然成為(wèi)发展趋势。

明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)图像分析处理系统

明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)图像分析处理系统主要(yào)用于公安侦查过程中对涉案监控視(shì)頻(pín)中提取的模糊图片进行(xíng)清晰化处理，解决視(shì)頻(pín)图像线索“看(kàn)不清”的难题。针对視(shì)頻(pín)侦查实战需求，提供图像降噪、低(dī)照度增强、去模糊、超分辨率等多种視(shì)頻(pín)图像增强处理算法，增强視(shì)頻(pín)图像畫(huà)面关键细节，恢复視(shì)頻(pín)图像中有价值的信息。

在視(shì)頻(pín)侦查过程中，明(míng)景模糊視(shì)頻(pín)图像分析处理系统针对模糊的視(shì)頻(pín)图像线索，提供多种算法使图像清晰化增强。以辅助公安干警侦查图像中有价值的信息，如(rú)车辆牌照号、人(rén)脸信息、外(wài)观特征等。除了(le)手工(gōng)设置視(shì)頻(pín)图像处理参數(shù)外(wài)，系统可(kě)以通(tōng)过遍历方式，自(zì)动寻找最优算法参數(shù)，從(cóng)而达到理想处理效果。支持照度校正、环境問(wèn)题处理、特定模糊处理、色彩增强处理、影像模式转换、任意模糊恢复、噪声处理、高级影像放大、轮廓析出处理。