視頻監(jiān)控算法去霧 讓“真相”盡在咫尺？

DFG算法在IPC端實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，無需增加任何成本，其大大提高了在霧霾天氣下的安防監(jiān)控品質(zhì)。我們相信在霧霾籠罩的天氣下，使用DFG算法的IPC依然能夠?qū)嵤?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/安防">安防監(jiān)控；該技術(shù)在大氣透射模型的基礎(chǔ)上融合了圖像增強(qiáng)技術(shù)，能夠取得較為理想的圖像效果。

近年來，由于空氣質(zhì)量惡化，我國(guó)的霧霾現(xiàn)象出現(xiàn)增多且危害加重。尤其是從去年起，“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。在霧霾天氣中的視頻監(jiān)控設(shè)備主要會(huì)受到以下三個(gè)方面的影響：

1、反射光受到大氣粒子的散射產(chǎn)生衰減，造成對(duì)比度退化；

2、部分粒徑較大的大氣粒子會(huì)遮光，導(dǎo)致圖像細(xì)節(jié)丟失；

3、無關(guān)的自然光經(jīng)過折射參與成像，造成圖像飽和度、對(duì)比度降低及色調(diào)偏移。

戶外景物圖像的對(duì)比度和顏色都會(huì)被改變或退化，使得圖像中蘊(yùn)含的許多特征被覆蓋或變得模糊，導(dǎo)致視頻監(jiān)控產(chǎn)品不能采集到清晰的現(xiàn)場(chǎng)圖像，對(duì)平安城市建設(shè)及各類場(chǎng)所安全防范的實(shí)施和管理產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此安防對(duì)能夠具有實(shí)時(shí)去霧功能的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提出了需求。

DFG去霧算法能效初顯

攝像機(jī)的去霧技術(shù)可以分為物理去霧和數(shù)字去霧兩種。物理去霧即光學(xué)透霧主要由攝像機(jī)鏡頭實(shí)現(xiàn)，高清透霧鏡頭一般業(yè)內(nèi)在大電動(dòng)變倍鏡頭上才實(shí)現(xiàn)，價(jià)格昂貴，一般應(yīng)用于港口、森林高點(diǎn)等場(chǎng)景。

數(shù)字去霧則是在攝像機(jī)或后端軟件上實(shí)現(xiàn)，是一種基于人類視覺感知模型設(shè)計(jì)的后端圖像復(fù)原技術(shù)，具有低成本、易部署等特點(diǎn)，適合廣泛地推廣應(yīng)用于城市監(jiān)控中。

上海某安防整體解決方案提供商，開發(fā)出了一套便于嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的DFG去霧算法，可以實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)去霧取景效果。該技術(shù)在大氣透射模型的基礎(chǔ)上融合了圖像增強(qiáng)技術(shù)，能夠取得較為理想的圖像效果，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

在圖像去霧這個(gè)領(lǐng)域，幾乎沒有人不知道《Single.Image.Haze.Removal.Using.Dark.Channel.Prior》這篇文章。該文從2009年CVPR計(jì)算機(jī)視覺與模式識(shí)別會(huì)議上的近1500篇投稿中脫穎而出，成為這個(gè)計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域最頂尖國(guó)際會(huì)議的最佳論文。在這篇論文里，作者找到了一個(gè)非常簡(jiǎn)單但又令人驚訝的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并提出了有效的去霧方法——基于暗通道的去霧算法。

由于霧靄總是灰白色的，因此一旦圖像受到霧靄的影響，那么那些本來很暗的物體就會(huì)變得灰白。而且根據(jù)物理上霧靄的形成公式，還能根據(jù)這些物體的灰白程度來判斷霧靄的濃度。所以基于暗通道的算法能有效地消除霧靄產(chǎn)生的影響，還原真實(shí)視像。

近年來，去霧算法論文幾乎都是根據(jù)這一篇論文的理論進(jìn)行研究。業(yè)內(nèi)也有安防廠家在該原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)了實(shí)時(shí)DFG去霧算法，其更加注重實(shí)時(shí)性和實(shí)效性，并且能夠在嵌入式端實(shí)現(xiàn)。

在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域里，人們用下述方程式來描述霧霾天氣對(duì)圖像造成的影響。

I(x)=.J(x)t(x).+.A(1？t(x)).(1)

其中I是指觀測(cè)到的有霧圖像，J是待恢復(fù)的無霧圖像，A是全球大氣光成分，t用來描述光線通過媒介透射到照相機(jī)過程中沒有被散射的部分。

令L(x)=A(1-t(x))，稱為環(huán)境光。模型則變?yōu)椋?

I(x)=.J(x)(1-L(x)/A)+.L(x)...(2)

J(x)=(I(x)-L(x))/(1-L(x)/A)...(3)

去霧就是從觀測(cè)到的I(x)中估計(jì)出L(x)和A，進(jìn)而恢復(fù)出J(x)。

把灰白的霧靄去除后，圖像都會(huì)顯得比較暗，而且對(duì)比度和飽和度也比正常場(chǎng)景下也低了很多。所以圖像恢復(fù)后，算法需要根據(jù)霧靄的濃度，再進(jìn)行一次對(duì)比度和飽和度的調(diào)節(jié)。

DFG算法優(yōu)點(diǎn)

1、色彩還原性好，沒有局部直方圖均衡算法容易出現(xiàn)的色彩不真實(shí)和光暈現(xiàn)象；

2、實(shí)時(shí)性好，保證1080P的30fps，效果與獲得CVPR最佳論文的去霧算法接近，但運(yùn)算量要小很多，增強(qiáng)了圖像的實(shí)時(shí)性；

3、細(xì)節(jié)和邊緣保留良好，通透性強(qiáng)。例如圖中的繩子和文字都能夠清晰顯示，圖像也比較通透；

4、圖像不會(huì)變暗。普通算法把白色的霧除去后，往往會(huì)造成整個(gè)圖像偏暗，影響視覺效果。但DFG算法則可以根據(jù)環(huán)境情況實(shí)現(xiàn)亮度智能提升，有效改善偏暗現(xiàn)象；

5、適用性強(qiáng)，設(shè)備打開去霧功能時(shí)，會(huì)自動(dòng)探測(cè)有沒有霧以及霧的濃度，所以也不會(huì)改變無霧時(shí)的圖象色調(diào)，而且在有霧時(shí)根據(jù)霧的濃度提升對(duì)比度和飽和度，改善圖像的視覺品質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

DFG算法在IPC端實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，無需增加任何成本，其大大提高了在霧霾天氣下的安防監(jiān)控品質(zhì)。我們相信在霧靄籠罩的天氣下，使用DFG算法的IPC依然能夠?qū)嵤┌卜辣O(jiān)控，在維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、保障社會(huì)正常秩序、構(gòu)建和諧社會(huì)中發(fā)揮重要作用。