透霧攝像機(jī)的透霧原理及透霧技術(shù)

　　透霧攝像機(jī)在霧天中的作用毋容置疑，?？低胳F攝像機(jī)等早已獲得用戶(hù)的認(rèn)可，如今，高清透霧攝像機(jī)的問(wèn)世，很大程度上得益于透霧高清電動(dòng)鏡頭，但攝像機(jī)本身的透霧原理也在近端時(shí)間獲得極大的進(jìn)步。

　　一、透霧攝像機(jī)的透霧原理

　　自然光由波長(zhǎng)不同的光波組合而成，人眼可見(jiàn)范圍大致為390nm-780nm，波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短分別對(duì)應(yīng)了紅橙藍(lán)綠青橙紫七種顏色，其中波長(zhǎng)小于390nm的叫做紫外線(xiàn)，波長(zhǎng)大于780nm的叫做紅外線(xiàn)。霧氣、煙塵等空氣中的小顆粒對(duì)光線(xiàn)有阻擋作用，使光線(xiàn)反射而無(wú)法通過(guò)，所以只能接收可見(jiàn)光的人眼是看不到煙塵霧氣后門(mén)的物體的。而波長(zhǎng)越長(zhǎng)衍射能力越強(qiáng)，即繞過(guò)阻擋物的能力越強(qiáng)，而紅外線(xiàn)因?yàn)閾碛休^長(zhǎng)的波長(zhǎng)，在傳播時(shí)受氣溶膠的影響較小，可穿過(guò)一定濃度的霧靄煙塵，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，這就是光學(xué)透霧的依據(jù)。

　　實(shí)現(xiàn)透霧的三個(gè)要素：

　　在不可見(jiàn)光的范圍內(nèi)，有一頻率的光可以穿透霧氣，但是由于起波長(zhǎng)不同，所以需要在攝像機(jī)上進(jìn)行處理，以達(dá)到對(duì)其聚焦的目的,同時(shí)還需要在攝像機(jī)上進(jìn)行從新設(shè)計(jì)，用來(lái)將這一頻率的不可見(jiàn)光進(jìn)行成像，由于這個(gè)不可見(jiàn)光沒(méi)有對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)光色彩圖，所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色。

　　(1)具有色差補(bǔ)償?shù)溺R頭

　　想要得到較好的透霧效果，鏡頭的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了保證可見(jiàn)光成像系統(tǒng)透霧前后都能得到理想的圖像，鏡頭必須保證在可見(jiàn)光和近紅外波段都有很高的透過(guò)率，且兩個(gè)波段切換過(guò)程中對(duì)色差進(jìn)行修正保證切換后不需要再調(diào)節(jié)焦距。

　　普通鏡頭透過(guò)光譜的中心波長(zhǎng)在500～600 m之間，透霧系統(tǒng)中的鏡頭需要在500～600 nm與780～900 nm都能得到很高的透過(guò)率，因此鏡頭采用了多層鍍膜技術(shù)，將鏡頭500～900衄波段的透過(guò)率全大于80%。從原理上，自然是可利用的近紅外波段越寬越好，但是受限于鏡頭光路設(shè)計(jì)的難度與CCD的感光能力，目前安防業(yè)內(nèi)的鏡頭已知能利用的最長(zhǎng)紅外波段為1100nm。

　　(2)近紅外靈敏度高的CCD

　　光譜從可見(jiàn)光波段至近紅外波段頻響曲線(xiàn)都好的超高靈敏度CCD攝像機(jī)是優(yōu)良系統(tǒng)的必要條件，這樣只用一臺(tái)攝像機(jī)，通過(guò)變換濾光片的方法，便可達(dá)到可見(jiàn)光波段和近紅線(xiàn)波段的分開(kāi)使用，以利于用可見(jiàn)光波段來(lái)提高圖像的清晰程度和利用近紅外波段穿透薄霧的本領(lǐng)來(lái)增加觀(guān)察距離的目的。

　　(3)黑電平拉伸的圖像處理

　　海洋和城市上空水蒸氣和固體微粒的散射造成了能見(jiàn)距離內(nèi)遠(yuǎn)處的色彩平淡、灰暗和白光遠(yuǎn)距離成像超越不了能見(jiàn)距離，濾光鏡的使用無(wú)疑起了不小的作用，但要達(dá)到人們對(duì)遠(yuǎn)距離觀(guān)察圖像越清晰越好，距離越遠(yuǎn)越好的使用要求。必須采用電子處理技術(shù)，進(jìn)一步將這個(gè)由散射引起的像灰白色薄膜干擾信號(hào)濾掉，再把有用的白光或黑白信號(hào)進(jìn)行處理，便能獲得遠(yuǎn)距離物體的優(yōu)良圖像信號(hào)。

　　二、透霧技術(shù)主要分為四種：

　　光學(xué)透霧

　　一般的可見(jiàn)光無(wú)法穿透云霧和煙塵，但近紅外線(xiàn)可以穿透一定濃度的霧靄煙塵，光學(xué)透霧就利用近紅外線(xiàn)可以繞射微小顆粒的原理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速聚焦。技術(shù)的關(guān)鍵主要在鏡頭和濾光片。 通過(guò)物理的方式，利用光學(xué)成像的原理提升畫(huà)面清晰度。缺點(diǎn)是只能得到黑白監(jiān)控畫(huà)面。

　　算法透霧

　　算法透霧技術(shù)，也稱(chēng)為視頻圖像增透技術(shù)，一般指將因霧和水氣灰塵等導(dǎo)致朦朧不清的圖像變得清晰，強(qiáng)調(diào)圖像當(dāng)中某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使得圖像的質(zhì)量改善，信息量得到增強(qiáng)。

　　光電透霧

　　光電透霧是結(jié)合上述兩種功能，通過(guò)機(jī)芯一體化通過(guò)內(nèi)嵌的FPGA芯片和ISP/DSP進(jìn)行運(yùn)算處理實(shí)現(xiàn)彩色畫(huà)面輸出。一方面，該透霧技術(shù)可區(qū)分遠(yuǎn)景、近景，霧氣濃淡等因素，選擇透霧級(jí)別，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域效果最佳，不同于過(guò)去對(duì)畫(huà)面對(duì)比度整體的提高，且沒(méi)有延時(shí)。另一方面，芯片的高速運(yùn)算必將產(chǎn)生噪聲點(diǎn)，夜間光照不足時(shí)影響尤為突出，所以一體機(jī)芯普遍需要采用CCD傳感器和大光圈鏡頭，以達(dá)到良好的低照效果。它是目前市場(chǎng)上透霧效果最好的技術(shù)。

　　假透霧

　　這主要是通過(guò)人為調(diào)節(jié)對(duì)比度、銳度、飽和度、亮度等數(shù)值，或做一些濾鏡切換裝置，讓圖像重點(diǎn)突出，從而改善主觀(guān)視覺(jué)效果。 缺點(diǎn)是不能對(duì)景物重新進(jìn)行聚焦，難以滿(mǎn)足視覺(jué)體驗(yàn)。

　　隨著工業(yè)的發(fā)展以及其對(duì)氣候的影響，霧霾越來(lái)越成為一種常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，這對(duì)戶(hù)外應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)的畫(huà)面品質(zhì)造成很大的影響。而去霧技術(shù)能夠從多個(gè)角度提升視頻監(jiān)控的質(zhì)量，可以用于各種有霧天氣條件的透霧處理;能明顯提升圖像的對(duì)比度、使圖像變通透、清晰;能夠顯著增強(qiáng)圖像的細(xì)節(jié)信息，使原來(lái)被隱藏的圖像細(xì)節(jié)被充分展示;能夠提升圖像的飽和度，使圖像色彩鮮艷活潑、生動(dòng)，透霧處理后的圖像保持準(zhǔn)確的色調(diào)、自然的外觀(guān)，因而獲得了良好的圖像質(zhì)量與視覺(jué)感受。