高清攝像機(jī)智能化的實(shí)用性探討

文/房圣東

現(xiàn)今高清監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，不僅表現(xiàn)在單個(gè)視頻的高清上，規(guī)模也在不斷的擴(kuò)大，例如普通的平安城市動輒上千路、幾千路甚至更多，傳統(tǒng)高清攝像機(jī)只用來采集，使用中實(shí)時(shí)監(jiān)看往往很難有效的“照顧”到所有視頻，已經(jīng)很難滿足人們“用好”高清的需求。

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展日新月異，無論圖像質(zhì)量、性能、功能、價(jià)格，更新?lián)Q代的速度越來越快，基本遵循摩爾定律，但萬變不離其宗，所有的提升創(chuàng)新均需要圍繞人的需求，如果攝像機(jī)自身對圖像、聲音、行為能做出智能判斷過濾，既集成智能盒功能又避免平臺分析路數(shù)少的瓶頸，在成本有效控制的同時(shí)更智能，看得清的同時(shí)，又能使監(jiān)控系統(tǒng)變被動為主動。在高清產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重的今天，哪些技術(shù)可以更實(shí)在的節(jié)省整體方案成本？哪些實(shí)用的智能可以更巧妙的融入到前端，給整個(gè)方案帶有亮點(diǎn)？筆者就這兩個(gè)方面為大家展開分析：

智能技術(shù)降低整體成本

隨著編碼技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件平臺性能的不斷提升，超低碼流，在保證畫質(zhì)的情況下，帶寬及存儲由原來的1080P實(shí)時(shí)6M～8M，降低到2M～4M，只占原來的一半甚至四分之一，從根源上降低高清方案的整體成本。目前超低碼流已成為多數(shù)廠家的標(biāo)配。

可伸縮編碼(SVC)，有效降低網(wǎng)絡(luò)抖動的影響。在不影響圖像質(zhì)量的情況下，丟棄權(quán)重低的幀，抗網(wǎng)絡(luò)丟包能力更強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力更好。在同一時(shí)刻，PC可以請求到全幀率的主碼流，手持設(shè)備可以請求到非實(shí)時(shí)的主碼流；存儲端快速回放時(shí)，可以跳幀解碼，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸與解碼的壓力；對同一路碼流，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視，非實(shí)時(shí)存儲，有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)及存儲成本。

感興趣區(qū)域（ROI），提高指定區(qū)域視頻的畫質(zhì)。相同帶寬下，將有限的碼流資源集中在用戶感興趣的區(qū)域。保證低帶寬的情況下，用戶感興趣區(qū)域圖像得到保證，最大支持4個(gè)區(qū)域同時(shí)設(shè)置。有效緩解網(wǎng)絡(luò)及存儲壓力。

走廊模式，滿足縱深場景需求應(yīng)用。特定場景走廊模式，一臺設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)兩臺攝像機(jī)的效果，典型的應(yīng)用場景例如長走廊、公路等。另外諸如三碼流、20路同時(shí)訪問、超低延時(shí)等，均對硬件平臺性能及ISP處理功底有著較高的要求。

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)給人們帶來更好的視覺體驗(yàn)，同時(shí)對安裝調(diào)試人員也有著更高的要求。自動后調(diào)焦功能，集成一鍵清晰按鍵并且可通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制，可以大大降低調(diào)試及后期維護(hù)成本。

實(shí)用高效的智能分析

透霧：當(dāng)前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對天氣條件非常敏感，當(dāng)遇到雨霧、陰霾等能見度較低的情況時(shí)，景物圖像嚴(yán)重退化，極大地限制了戶外視頻監(jiān)控系統(tǒng)效用的發(fā)揮。目前全球氣候越來越惡劣，霧霾天氣時(shí)常出現(xiàn)，透霧功能顯的尤為重要，根據(jù)霧天成像的散射模型，采用暗通道先驗(yàn)原理，可實(shí)現(xiàn)高性能的透霧技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)全天候工作。

透霧算法原理：

霧天成像的模型如下圖所示：

圖1 霧天成像模型

公式表示為：

其中，I (x)是霧霾下圖像的色彩值；J (x) t(x)指物體表面光線到達(dá)傳感器的過程中,由于大氣微顆粒的散射而產(chǎn)生衰減，衰減后剩余部分；A(1-t(x))指環(huán)境光線因大氣微顆粒反射而進(jìn)入傳感器成像。

暗通道先驗(yàn)原理，絕大多數(shù)的無霧圖像，其每個(gè)局部區(qū)域都會存在至少一個(gè)顏色通道的強(qiáng)度值很低的像素，根據(jù)這個(gè)原理，定義圖像暗通道J dark為：

Jc代表J的某一個(gè)顏色通道，而Ω(x)是以x為中心的一個(gè)方形區(qū)域。

對公式（1）做變形，得到

代入公式（2）Jdark可進(jìn)一步求得透射率t：

根據(jù)得到的J dark和原圖像，通過對圖像亮度值的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，求得大氣光強(qiáng)A。

得到大氣光強(qiáng)A和透射率t之后，通過對霧天成像模型的逆推，便可求出透霧后的圖像：

該算法特色：

·大氣光強(qiáng)采用更穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)方法，使得算法穩(wěn)定性高，適用各種場景。

·色彩還原度好：傳統(tǒng)的透霧算法會沖淡圖像的色彩，該算法真實(shí)還原圖像色彩。

·通透性好：該算法準(zhǔn)確估計(jì)圖像的霧氣濃度，具有很好的通透性。

·考慮場景的景深信息，極大程度還原圖像的細(xì)節(jié)：該算法準(zhǔn)確估計(jì)不同景深物體的霧氣濃度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確透霧，保留并凸顯原先被霧氣隱藏的細(xì)節(jié)；傳統(tǒng)算法可能對近景透霧較好，但遠(yuǎn)景會殘留霧氣，當(dāng)增強(qiáng)透霧等級實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景透霧時(shí)，近景則會損失細(xì)節(jié)。

·傳統(tǒng)方法為提高圖像對比度，會出現(xiàn)局部過曝或過暗的情況，損害圖像質(zhì)量；此算法不會丟失細(xì)節(jié)。

·實(shí)現(xiàn)智能自動透霧：可自己判斷是否為霧天天氣，選擇開啟或者關(guān)閉透霧功能。

技術(shù)突破：

·本算法透霧能力更強(qiáng)，還原度好，相比單幅圖像去霧，算法復(fù)雜度非常更高，針對這種情況，需要進(jìn)行一系列的改進(jìn)優(yōu)化，達(dá)到實(shí)時(shí)透霧。

·考慮到幀與幀之間的關(guān)聯(lián)性，通過對算法的改進(jìn)控制，實(shí)現(xiàn)平滑過度，避免閃爍現(xiàn)象。

·開發(fā)智能自動透霧功能，算法可自行判斷是否為霧天天氣，選擇開啟或者關(guān)閉透霧功能，極大地方便用戶使用。

安裝在路邊立標(biāo)上的攝像機(jī)，遇到重型車經(jīng)過或大風(fēng)天氣，難免出現(xiàn)圖像抖動，此時(shí)視頻防抖技術(shù)即可派上大用場。通過估計(jì)當(dāng)前幀的運(yùn)動矢量，然后根據(jù)估計(jì)的運(yùn)動矢量對當(dāng)前幀進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償，從而達(dá)到穩(wěn)定圖像序列的目的?？梢杂行Ы档蜕踔料龍D像抖動。

人臉偵測，當(dāng)有人臉出現(xiàn)在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，將自動捕獲其最清晰的面部圖片，并做優(yōu)化增強(qiáng)，用于查詢和取證。另外虛焦、場景變換、遮擋等均可第一時(shí)間發(fā)出告警信息，有效避免無用錄像。

聲音異常偵測。諸如無聲偵測，無音源輸入、靜音可以產(chǎn)生報(bào)警；環(huán)境噪聲過濾，降低公共場所噪聲輸入；音頻突變偵測，例如尖叫、突發(fā)大分貝噪聲均可產(chǎn)生報(bào)警。適用于有音頻需求的場所。

通用的行為分析，例如絆線入侵，翻越圍欄，區(qū)域入侵，物品遺留/消失，非法停車，快速奔跑等等，所有智能功能均由前端攝像機(jī)設(shè)置完成。

2010年是公認(rèn)的“高清元年”，大華高清網(wǎng)絡(luò)攝像經(jīng)過2009年到2011年不斷革新積累，完成全系列高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)布，為2012年高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的井噴奠定了基礎(chǔ)。2013年初推出新一代超低碼流、超低照度、超低功耗的“綠色高清IPC”，引起業(yè)內(nèi)低碼流的潮流，同時(shí)為進(jìn)一步擴(kuò)大市場占比做出巨大貢獻(xiàn)。2014年推出的新一代多功能Smart IPC高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，則凝聚了大華十余年在智能化、光學(xué)、圖像、網(wǎng)絡(luò)高清應(yīng)用等方面的核心技術(shù)，取代了傳統(tǒng)IPC+智能盒組合方式，無論外觀、做工、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、散熱設(shè)計(jì)等都達(dá)到了業(yè)內(nèi)一流水準(zhǔn)，為攝像機(jī)工作的可靠性，提供了“硬環(huán)境”，必將加速監(jiān)控市場由高清化向智能化應(yīng)用的過渡，繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)潮流。