細(xì)節(jié)注定成敗視頻圖像處理技術(shù)應(yīng)用探析

□　文/本刊記者　羅超

細(xì)節(jié)注定成敗視頻圖像處理技術(shù)應(yīng)用探析

□文/本刊記者羅超

隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的日新月異的發(fā)展和普及，人類已經(jīng)進(jìn)入一個高速發(fā)展的信息化時代，人類大概有80%的信息來自圖像，科學(xué)研究、技術(shù)應(yīng)用中圖像處理技術(shù)越來越成為不可缺少的手段。安防行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個嶄新的時代，高清、智能與大數(shù)據(jù)和云技術(shù)的廣泛結(jié)合應(yīng)用，成為時代新的話題。隨著而來的是，視頻圖像處理技術(shù)也逐漸成熟起來，只有這樣才能切合行業(yè)技術(shù)發(fā)展，為此，對于視頻圖像處理技術(shù)的研究成為安防行業(yè)值得重視的領(lǐng)域。

視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用價值

視頻圖像處理技術(shù)簡而言之就是用計(jì)算機(jī)對視頻數(shù)字圖像進(jìn)行處理，其本質(zhì)是一種信號處理過程，而且是離散信號處理。在視頻監(jiān)控行業(yè)為什么要進(jìn)行圖像處理呢？那我們就需要分析視頻圖像處理后所帶來的優(yōu)勢有哪些？

首先，能使圖像再現(xiàn)性。數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會因圖像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化，只要圖像在數(shù)字化時準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。

其次，靈活多變的處理功能。針對模擬技術(shù)而言，我們現(xiàn)在的視頻監(jiān)控圖像處理技術(shù)可以把監(jiān)控畫面分割為任意大小的二維數(shù)組，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達(dá)到滿足任一應(yīng)用需求，符合行業(yè)高清化趨勢。

再次，適用面寬。視頻監(jiān)控圖像可以來自多種信息源，比如可以是銀行畫面，也可以是機(jī)場或者海事等遠(yuǎn)距離監(jiān)控，不論是來自哪個行業(yè)的信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像組合而成，

最后，靈活性高。數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。

不過，視頻圖像處理技術(shù)占用的頻帶較寬,，所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上，技術(shù)難度較大，成本也高，這就需要我們了解制約視頻圖像處理技術(shù)的因素。

視頻圖像處理技術(shù)的主流技術(shù)

視頻圖像處理就技術(shù)而言涉及的知識面十分廣闊，具體方法種類繁多，應(yīng)用也極為普遍，但如果在安防行業(yè)角度分析，該技術(shù)的主要內(nèi)容包括三大部分：圖像壓縮；增強(qiáng)和復(fù)原；匹配、描述和識別。由于超高清的要求，在圖像壓縮方面H.265自然優(yōu)勢最大，由于關(guān)于H.265的技術(shù)專題已經(jīng)闡述了和視頻圖像處理的關(guān)系，本文就不在這方面做具體介紹。為此，在剩下的兩部分我們目前主要關(guān)注的視頻圖像處理技術(shù)有以下幾個方面：

智能分析處理技術(shù)

智能分析處理技術(shù)是目前中國安防行業(yè)最為關(guān)注的圖像處理技術(shù)，該技術(shù)簡而言之，就是發(fā)現(xiàn)圖像中運(yùn)動的物體，并對其進(jìn)行跟蹤、分析，及時發(fā)現(xiàn)異常行為，觸發(fā)報(bào)警并采取其他措施進(jìn)行干預(yù)。智能分析處理技術(shù)是基于監(jiān)控圖像處理軟件包而開發(fā)的，主要有以下幾種圖像處理形式：

1、將（運(yùn)動）目標(biāo)從視頻圖像中分離出來。2、對目標(biāo)進(jìn)行行為分析，判定其運(yùn)動的方向、方式，并能發(fā)現(xiàn)和告警異常的行為；產(chǎn)生目標(biāo)的運(yùn)動軌跡，并能進(jìn)行目標(biāo)的自動跟蹤。3、實(shí)現(xiàn)視頻語義的解析，圖像處理分析的最高層次。通過對一個圖像序列作出分析，得出其包含的真實(shí)信息，可以與話音的語義解析結(jié)合起來，逐步實(shí)現(xiàn)視頻語義的解析。4、在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的分離、行為分析和運(yùn)動跟蹤，特別是實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的跟蹤。

上述幾點(diǎn)目前已有實(shí)際應(yīng)用（比如，單絆線入侵檢測、多絆線、圍欄入侵、進(jìn)入/退出區(qū)域檢測、徘徊檢測、遺留物檢測、物體搬移檢測、物體出現(xiàn)檢測、物體消失檢測、人群密度、人群突變、奔跑檢測、逆向檢測、人流量、火焰檢測、煙霧檢測、場景變化、單球機(jī)PTZ自動跟蹤等），但基本上是在簡單環(huán)境下，針對少數(shù)目標(biāo)進(jìn)行智能化的圖像處理。在復(fù)雜環(huán)境視頻監(jiān)控環(huán)境（多人流、多移動、惡劣天氣）下實(shí)現(xiàn)這些功能，是圖像智能分析處理技術(shù)真正價值所在。要解決多個圖像的綜合分析，圖像間目標(biāo)的關(guān)聯(lián)，目標(biāo)跟蹤的連續(xù)性，這都是市場應(yīng)用的迫切需要，也是我們亟待解決的問題。

寬動態(tài)技術(shù)

寬動態(tài)技術(shù)是松下第一個在監(jiān)控行業(yè)嘗試，那是1977年它的寬動態(tài)范圍是40倍，引入國內(nèi)受到業(yè)界追捧是在2005年的深圳安博會。兩年后，美國PIXIM方案也在市場上廣為流行，成為寬動態(tài)的另一種選擇。

寬動態(tài)視頻圖像處理技術(shù)主要是用來解決攝像機(jī)在寬動態(tài)場景中采集的圖像出現(xiàn)亮區(qū)域過曝而暗區(qū)域曝光不夠的現(xiàn)象。簡而言之，寬動態(tài)技術(shù)可以使場景中特別亮的區(qū)域和特別暗的區(qū)域在最終成像中同時看清楚。這種技術(shù)是安防行業(yè)應(yīng)為最為普遍的視頻圖像處理技術(shù)，經(jīng)過十多年的市場洗禮和技術(shù)提升，目前還是存在一些不足。一是源自它在高亮區(qū)域短曝特征，會導(dǎo)致在日光燈場景下亮區(qū)域出現(xiàn)橫條紋閃爍，這是常見的日光燈工頻引起的閃爍現(xiàn)象，因?yàn)樵诹羺^(qū)域的曝光時間非常短，沒有達(dá)到抗閃所需的最低曝光時間；二是源自它在暗區(qū)域長曝特征，當(dāng)物體進(jìn)行高速運(yùn)動時會因過長的曝光時間而產(chǎn)生拖影現(xiàn)象。

高清高幀率實(shí)時透霧處理

這個技術(shù)在2010年隨著高清的到來開始在國內(nèi)應(yīng)用，當(dāng)時日立推出的機(jī)芯產(chǎn)品就主打透霧功能。該技術(shù)是可實(shí)時處理各種霧霾天氣中的視頻圖像，去除由霧霾造成的景象朦朧、模糊、看不清或看不見的情況，能夠顯著增強(qiáng)視頻圖像的細(xì)節(jié)信息，使原來被遮隱的圖像細(xì)節(jié)得以充分展現(xiàn)，并保持了原有的色彩色調(diào)，使視頻圖像變得極其明亮、通透和清晰，因而獲得了良好的圖像質(zhì)量與視覺感受。

無損實(shí)時放大處理

可實(shí)時對視頻圖像進(jìn)行各種倍率的放大，放大的視頻圖像沒有任何模糊和馬賽克，并能夠?qū)υ曨l圖像的細(xì)節(jié)部分予以充分的保留。

強(qiáng)光抑制處理

可實(shí)時對視頻圖像中的強(qiáng)光亮點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行抑制，使強(qiáng)光范圍和亮度減小，恢復(fù)被強(qiáng)光散射遮掩的目標(biāo)景物的輪廓和色彩，獲得清晰的視頻圖像。

去除模糊處理

可處理圖像中的散焦模糊和運(yùn)動模糊等，使被觀察景物圖像變得清晰。

前三種可以說是目前安防行業(yè)最為關(guān)注的三種視頻圖像處理技術(shù)，后三者的圖像處理由于各個廠家大多采用市面上幾個主流的產(chǎn)品方案，以至于在產(chǎn)品性能表現(xiàn)時都沒有多大優(yōu)劣區(qū)別。

視頻監(jiān)控圖像處理技術(shù)發(fā)展趨勢

之前也介紹了智能視頻分析和寬動態(tài)在技術(shù)應(yīng)用中還是存在一些不足或者說發(fā)展空間，比如在提高精度的同時著重解決處理速度的問題，巨大的信息量和數(shù)據(jù)量和處理速度仍然是一對主要矛盾。除此之外，視頻監(jiān)控圖像處理技術(shù)由于部分設(shè)備性能不足、客觀條件限制等因素，在實(shí)際的視頻監(jiān)控應(yīng)用中，仍會出現(xiàn)視頻圖像模糊不清、關(guān)鍵信息捕捉不到等問題。而在視頻圖像處理的過程中，由于操作技術(shù)問題或者客觀因素等，給視頻圖像處理技術(shù)的應(yīng)用帶來一些負(fù)面影響，降低了處理技術(shù)的水平和質(zhì)量。所以，我們在探究該技術(shù)的未來發(fā)展趨勢就便得十分有意義。有幾個趨勢如下：

其一，在大數(shù)據(jù)時代，未來數(shù)據(jù)圖像技術(shù)強(qiáng)調(diào)高清晰度、高速傳輸、實(shí)時圖像處理、三維成像或多維成像、智能化、自動化等方向發(fā)展。

其二，智能化方面，力爭使計(jì)算機(jī)識別和理解能夠按照人的認(rèn)識和思維方式工作，能夠考慮到主觀概率和非邏輯思維。

其三，未來視頻圖像處理技術(shù)強(qiáng)調(diào)操作、運(yùn)用的方便性，圖像處理功能的集中化趨勢是必然會存在的。所以，硬件芯片的開發(fā)研究十分重要，如Thomson公司采用Systolic結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了把圖像處理的眾多功能固化在芯片上。

結(jié)束語

圖像處理技術(shù)起源于20世紀(jì)20年代，當(dāng)時通過海底電纜從英國倫敦到美國紐約采用數(shù)字壓縮技術(shù)傳輸了第一幅數(shù)字照片。許多年過去，視頻圖像處理技術(shù)被安防行業(yè)大量應(yīng)用，技術(shù)更新日新月異。如果把圖像處理當(dāng)做一個細(xì)節(jié)的話，那么，細(xì)節(jié)將決定成敗，監(jiān)控行業(yè)亦如此。