霧霾對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的影響是直接、直觀的，成為“看不清、看不見”的又一重要因素。業(yè)界紛紛發(fā)聲表示關(guān)切，并提出解決問題之道，攝像機(jī)的透霧技術(shù)因此成為熱點，透霧算法成了產(chǎn)品競爭的核心技術(shù)。但是，大多文章讀過之后，卻有種霧里看花的感覺。文章對技術(shù)原理的論述不很嚴(yán)謹(jǐn)，準(zhǔn)確，關(guān)鍵技術(shù)的說明不具體、明確，使人看不清“透霧”如何實現(xiàn)。聯(lián)想到業(yè)內(nèi)對其它技術(shù)的論述、理解和報道也有這種感覺，很想說：“對安防技術(shù)不要霧里看花。”

　　從透霧技術(shù)說起

　　論述透霧技術(shù)的文章，都會首先說明霧霾生成的機(jī)理和其產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)。如當(dāng)空氣中積聚了超量的微小水滴和顆粒物時(PM2.5達(dá)到一定量值)，就形成了霧霾。霧霾會降低空氣的能見度，減小可觀察景物的距離和景物的清晰度。還會把這些微小顆粒物理解為氣溶膠粒子，由于它對光線的散射作用，導(dǎo)致景物變模糊，邊緣和細(xì)節(jié)分辨能力下降，同時多次散射的作用又使景物圖像更嚴(yán)重的劣化。

　　這些論述是正確的，但過分的渲染，會使關(guān)于透霧技術(shù)的論述成為悖論。因為它對光學(xué)圖像的損傷是不可逆的，導(dǎo)致光學(xué)圖像的失真是不可恢復(fù)的。

　　霧霾對圖像的損傷

　　霧霾造成(景物)光學(xué)圖像損傷主要包括以下幾個方面：

　　空間分辨能力的下降，既是圖像模糊，其原因就是上面講到散射效應(yīng)。它是不修復(fù)的，因此、透霧技術(shù)對圖像的改善是有限度的，霧里看花又要看得真真切切是不可能的;

　　圖像亮度，或景物照度的下降，主要表現(xiàn)在遠(yuǎn)景目標(biāo)的亮度降低，原因是霧霾造成空氣透光率的降低;

　　圖像對比度或反差的下降，整個圖像失去層次感。產(chǎn)生的原因所上述各項外，還因為近景圖像較高亮度對遠(yuǎn)景圖像的抑制作用。

　　霧霾對圖像影響的后兩項是可以改善的，這就是目前大家采用透霧技術(shù)解決的問題。

　　透霧技術(shù)

　　針對上述問題，可以采用的解決方法(透霧技術(shù))主要有以下幾種方案。

　　圖像處理算法，增強(qiáng)圖像亮度、對比度和加大反差。一是提高遠(yuǎn)景圖像部分的亮度，抑制前景圖像部分的亮度，二是增強(qiáng)低亮度部分圖像的對比度。這種圖像處理算法與寬動態(tài)技術(shù)基本相同，都是通過圖像亮度密度分布(直方圖)的變換，來改善圖像的視覺效果。不同是：寬動態(tài)技術(shù)主要是提高目標(biāo)(前景)圖像部分的亮度和對比度，抑制背景圖像部分的亮度。透霧技術(shù)則相反。

　　有些文章提到：采用濾波或圖像復(fù)原算法來恢復(fù)受損的圖像，可得到如同沒有霧霾影響的清晰彩色圖像，還沒有充分的理論支持，也沒有實際應(yīng)用。

　　提高光電轉(zhuǎn)換效率，利用攝像器件的光電轉(zhuǎn)換特性，擴(kuò)大曝光窗口。目前的攝像器件在近紅外段(0.78μm-0.95μm)，仍有較好的靈敏度，在正常環(huán)境下，為保證良好的彩色還原性，用濾光片把其截掉。而這一段的光線由于波長較長(比之可見光)，對霧的穿透性較好，利用它、可擴(kuò)大感光的光譜寬度(曝光窗口)，獲得較好的曝光效果。

　　因工作在近紅外波段，所以要采用寬光譜鏡頭，以保證在整個波段內(nèi)，都能將景物準(zhǔn)確地成像在攝像器件的焦平面上，或工作在這一波段時，自動微調(diào)鏡頭的后截距，以得到良好的成像。

　　基于上述原理，結(jié)合主動照明的方式，可獲得更好的效果。利用紅外光源照明，并采用波光片去除部分可見光的干擾，可實現(xiàn)很好的透霧攝像。

　　這種透霧技術(shù)主要是通過鏡頭、攝像器件等光學(xué)器件實現(xiàn)，包括采用高靈敏度攝像器件，稱為光學(xué)透霧。而上一種方法稱為算法透霧。兩者結(jié)合應(yīng)用會得到更好的透霧效果。

　　顯然、利用近紅外成像的光學(xué)透霧技術(shù)，生成的是較好的黑白圖像。采用黑白/彩色自動轉(zhuǎn)換攝像機(jī)，輕霧時，通過算法透霧，仍可獲得彩色圖像;當(dāng)霧重時，則要自動轉(zhuǎn)換為黑白方式(將濾光片移去)，通過光學(xué)透霧結(jié)合算法透霧，獲得可用的黑白圖像。再次強(qiáng)調(diào)：當(dāng)景物失去了色彩，還要將其恢復(fù)為彩色圖像既不可能，也無必要。

　　上述技術(shù)還可應(yīng)用于透過玻璃的觀察，如觀察行駛車輛內(nèi)的人員情況;也可以用于觀察強(qiáng)光環(huán)境下的圖像，如車燈打開時，觀察車輛號牌。

　　被動紅外攝像(熱成像)技術(shù)是一種透霧技術(shù)，工作在遠(yuǎn)紅外波段(10μm左右)但其空間分辨能力差，主要應(yīng)用于特殊探測(火災(zāi)、火場)的場合。

　　寬動態(tài)有多寬

　　寬動態(tài)攝像機(jī)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特色產(chǎn)品，很多廠家把它作為主要賣點。媒體上對寬動態(tài)技術(shù)的介紹及產(chǎn)品評測、推介很多。感覺寬動態(tài)技術(shù)越來越復(fù)雜、技術(shù)指標(biāo)(數(shù)值)越來越高。實際上、攝像器件適應(yīng)景物照度的能力是有限的，過低的曝光被器件的熱噪聲淹沒，過度的曝光則會溢出，因此、攝像器件可輸出圖像信號是有限度的(通常0.7VP-P)，可實現(xiàn)的動態(tài)范圍是有限值的。同時、人眼視覺特性可以適應(yīng)(接受)的動態(tài)范圍也是有限度的，不能很好的分辨過低與過高亮度的圖像。電視技術(shù)依據(jù)這個特性，設(shè)計了攝像器件的輸出范圍。同時、人眼分辨圖像亮度(差)的能力也有限度。在可接受的亮度范圍內(nèi)，可分辨的層次是有限的。無論電視技術(shù)可以把多么寬的亮度范圍調(diào)節(jié)為攝像機(jī)的正常輸出，人眼可分辨還是哪么多層次，不是說30dB動態(tài)范圍的圖像，可分辨10個臺階的亮度差，120dB動態(tài)范圍的圖像，就可分辨40個臺階。以上因素決定了攝像機(jī)的寬動態(tài)范圍應(yīng)是有限度的。實際應(yīng)用時、也并不是指標(biāo)越高、技術(shù)越復(fù)雜，效果就越好。

　　實現(xiàn)寬動態(tài)的基本方法是控制曝光。在時間域，利用鏡頭的光圈控制是最適宜的方法，即光學(xué)方法;但在空間域，需要對圖像的不同區(qū)域進(jìn)行分別的曝光控制(甚至分別控制每個像素的曝光)，是由電路技術(shù)實現(xiàn)的。無論哪種方法，實質(zhì)上、都是通過直方圖的變換(均衡或部分峰化)，獲得圖像視覺效果的改善。

　　高清有多“清”

　　“高清”是視頻監(jiān)控系統(tǒng)(圖像技術(shù))發(fā)展的必然趨勢，視頻監(jiān)控始終追求得到更豐富的圖像信息，特別是分辨圖像細(xì)節(jié)的能力，實現(xiàn)真實、透徹的感知。在廣播電視高清化帶動下，視頻監(jiān)控正逐步實現(xiàn)高清化。特別是九部委聯(lián)署發(fā)布的“關(guān)于加強(qiáng)公共安全視頻監(jiān)控建設(shè)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工作的若干意見”要求：到2020年，重點公共區(qū)域視頻監(jiān)控覆蓋率達(dá)到100%，新建、改建高清攝像機(jī)比例達(dá)到100%;重點行業(yè)、領(lǐng)域的重要部位視頻監(jiān)控覆蓋率達(dá)到100%，逐步增加高清攝像機(jī)的新建、改建數(shù)量。“高清”已成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平(檔次)的標(biāo)志和系統(tǒng)建設(shè)的重要目標(biāo)。

　　高清攝像機(jī)

　　對于視頻監(jiān)控，“高清”還是個不確定的概念，包括電視制式，圖像格式和分辨能力等。應(yīng)用較多的攝像機(jī)主要有：

　　高分辨率攝像機(jī)，在掃描格式(標(biāo)清電視制式)不變的前提下，提高水平分辨率，目前、可以達(dá)到700TVL以上，如960H攝像機(jī)。因仍是傳統(tǒng)電視制式設(shè)備，故稱模擬高清。

　　大像素攝像機(jī)，攝像器件像素數(shù)量很大的攝像機(jī)，如200萬、500萬，甚至更高。通常、它們輸出標(biāo)清視頻信號，與標(biāo)清系統(tǒng)保持完全的互換性。在電子變焦(攝取局部圖像)時，仍有很高的分辨率(由于像素多);960H、4K攝像機(jī)等以圖像格式表示自己的高分辨率，也屬于大像素攝像機(jī);有些大像素攝像機(jī)，圖像幀率較低(達(dá)不到電視幀頻)，則屬數(shù)碼相機(jī)的范疇。

　　高清電視攝像機(jī)，廣播電視高清的概念。相對于標(biāo)清電視而言，高清電視的圖像分辨率在水平、垂直兩個方向上加倍;亮度、色度信號分離處理(標(biāo)清通過頻譜交錯技術(shù)，兩者復(fù)合);圖像幅型比為16:9。因此、高清電視的掃描方式與基帶信號格式與標(biāo)清電視不同，兩者不再兼容，不可互換。目前、主要有720P、1080i的1080P幾種圖像格式，它們的基帶信號是分量信號。

　　還有廠家提出了HDCVI高清制式，通過頻分復(fù)用的方法實現(xiàn)亮、色復(fù)合，因此、可采用同軸視頻電纜傳送基帶信號。這種制式的高清監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相同，屬CCTV方式，采用視頻矩陣切換。但其視頻帶寬要比標(biāo)清系統(tǒng)寬的多，兩者也不能完全兼容。

　　可以看到：各種型式高清的圖像分辨能力不同，相互不能完全兼容。所以、籠統(tǒng)的講“高清”，在技術(shù)上不嚴(yán)謹(jǐn)、不準(zhǔn)確。

　　在通常實時監(jiān)控環(huán)境下(適當(dāng)?shù)挠^看距離、動態(tài)圖像)，高清與標(biāo)清圖像的觀察效果差別不大，960H與720P的水平分辨率相同。高清系統(tǒng)的優(yōu)勢是觀察局部圖像和提取圖像細(xì)節(jié)信息時(將局部圖像擴(kuò)展至全屏)，仍具有很高分辨率;圖像個體識別時，高分辨率是重要的條件，如電子警察或卡口系統(tǒng)進(jìn)行號牌識別時，可得到較高識別率;但、圖像行為分析對圖像幀率穩(wěn)定性要求較高，而對圖像分辨率要求不高。因此、高清系統(tǒng)設(shè)計要明確規(guī)定高清的型式，系統(tǒng)評價時，不僅要評測攝像機(jī)，還要綜合分析系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)(傳、存、顯、變換、處理)，判定系統(tǒng)最后實現(xiàn)的效果。

　　高清監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　高清監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，通常有三大標(biāo)準(zhǔn)體系之說(HDCCTV、ONVIF、PSIA)，實質(zhì)是：

　　網(wǎng)絡(luò)視頻和CCTV兩種系統(tǒng)架構(gòu)。

　　HDCCTV，是HDCCTV聯(lián)盟(HDcctv Alliance)推出的完整技術(shù)系統(tǒng)。由SDI技術(shù)派生而來，SDI(串行數(shù)字傳輸鏈路)是專為廣電開發(fā)，應(yīng)用于演播室。將廣電高清(HDTV)視頻信號進(jìn)行數(shù)字傳輸，不壓縮、不分包，無延遲、無抖動、圖像質(zhì)量好。由于在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)相同，可采用矩陣切換，并產(chǎn)生最適合人眼的觀察效果，被安防業(yè)界視為從標(biāo)清向高清過渡的最佳途徑。但認(rèn)為兩者可以無縫對接是錯誤的，SDI傳輸過程是：將并行分量制的基帶信號進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換(數(shù)字化)，通過一條電纜傳送，到顯示端再串并轉(zhuǎn)換為基帶信號。是超寬帶系統(tǒng)，特別是高清(HD-SDI、3G-SDI);傳輸電纜、切換矩陣與傳統(tǒng)系統(tǒng)并不兼容，不可能在標(biāo)清系統(tǒng)上即插即用。顯然、其傳輸距離有限，長距離傳輸要與光纖傳輸結(jié)合應(yīng)用。

　　網(wǎng)絡(luò)視頻，ONVIF與PSIA(兩個企業(yè)聯(lián)盟)已成為網(wǎng)絡(luò)視頻協(xié)議集(標(biāo)準(zhǔn))的代名詞。在廣域系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)視頻是主要的選擇。這方面的論述很多，分歧很少，這里不再贅述。

　　高清監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用要注意的問題是：與傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成和實現(xiàn)圖像的組合顯示。

　　實現(xiàn)高清/標(biāo)清系統(tǒng)或數(shù)字/模擬系統(tǒng)的集成，核心是實現(xiàn)“全交換”。兩個系統(tǒng)通常會采用“包交換”和“電路交換”兩種方式，且交換的輸出是不同的圖像格式。故實現(xiàn)全交換很困難，目前、一些平臺設(shè)備可有多種輸入和輸出，但都不能實現(xiàn)全交換。

　　圖像顯示是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分，上述圖像交換與之有密切關(guān)系。在大屏顯示的時代，將各種格式圖像組合在一起，統(tǒng)一調(diào)度、分配是必需的方式。要將不同格式的圖像進(jìn)行相應(yīng)的變換，才能實現(xiàn)組合顯示。這個過程中，切忌將高清信號下變換為標(biāo)清信號，或?qū)⒏叻直鎴D像變換為低分辨圖像。

　　綜上所述、高清系統(tǒng)的應(yīng)用不是簡單的設(shè)備更換。要正確的理解高清的概念，消除一些模糊的認(rèn)識，采用正確的技術(shù)，才能保證高清系統(tǒng)的應(yīng)用，高清設(shè)備的更換得到好的效果，真正享受到高清之“清”。

　　不要霧里看花

　　不要霧里看花，首先是一種態(tài)度，科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?。筆者不認(rèn)為自己的觀點一定是正確的，發(fā)表出來主要是引起討論，并強(qiáng)調(diào)科學(xué)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。

　　安防技術(shù)正處于大變革的時代，IT化是大趨勢。不斷推出的新技術(shù)、新產(chǎn)品，為我們提供了更多的選擇，也增加了更多的疑惑。面對紛雜的局面，要準(zhǔn)確理解新技術(shù)、產(chǎn)品的本質(zhì)，可實現(xiàn)的功能、達(dá)到的限值及成熟性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，才能做出合理、正確的選擇。

　　不要霧里看花，不能太膚淺，流于形式，停留在概念上，不敢采用新技術(shù)或盲目追求新技術(shù)。更不能錯誤地理解新技術(shù)，進(jìn)行錯誤的選擇。

　　安防行業(yè)要正確認(rèn)識自己，展現(xiàn)自己。不能用一些模糊的概念把安防封閉起來，讓別人霧里看花，以產(chǎn)生一種神秘感、神圣感。要順應(yīng)技術(shù)的趨勢，融入公共安全體系，融入社會服務(wù)體系，才能得到更好的發(fā)展，進(jìn)入更廣闊的市場領(lǐng)域。