陳乾

2015年3月初，央視原著名節(jié)目主持人柴靜的紀(jì)錄片《穹頂之下》一夜之間在各大網(wǎng)站轉(zhuǎn)載，對(duì)抗霧霾似乎成了一場(chǎng)全民對(duì)抗的戰(zhàn)爭(zhēng)，而霧霾一詞再次成了各大新聞媒體的頭條。記得2013 年，“霧霾”成為年度關(guān)鍵詞。這一年的1 月，4 次霧霾過程籠罩30個(gè)?。▍^(qū)、市），在北京，僅有5 天不是霧霾天。

霧霾天氣中如何能通過視頻監(jiān)控仍然能得到清晰的監(jiān)控畫面，這對(duì)于安防廠商來說是一個(gè)考驗(yàn)，然而人類從來不缺乏對(duì)抗惡劣天氣的智慧，透霧方案由來已久。早期在森林、港口、碼頭等區(qū)域，在清晨或傍晚容易形成霧氣，普通攝像機(jī)一般都配有專門的透霧鏡頭來實(shí)現(xiàn)透霧，這種方案已經(jīng)比較成熟，但并未在如今的霧霾環(huán)境中得到大范圍應(yīng)用，主要原因是鏡頭的高成本讓很多用戶望而卻步；而現(xiàn)在的透霧攝像機(jī)，自身集成透霧功能，即使是在霧霾天氣中，不需要其他設(shè)備配合，依然能夠穿透霧霾干擾，讓攝像機(jī)獲得良好的監(jiān)控效果，不會(huì)影響監(jiān)控距離和圖像清晰度，所以其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。一般而言，透霧攝像機(jī)采用的技術(shù)分為電子透霧（亦稱數(shù)字透霧）和光學(xué)透霧（亦稱物理透霧）兩種。

霧霾對(duì)攝像機(jī)成像影響示意圖

彰顯人類智慧：透霧技術(shù)分析

電子透霧是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)，通過ISP 算法來修復(fù)畫面、消除霧感，達(dá)到畫面更通透的視覺效果；光學(xué)透霧利用近紅外光成像，由于近紅外光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在傳播時(shí)受大氣粒子干擾較小，能穿透霧霾，從而呈現(xiàn)清晰的圖像細(xì)節(jié)。
那么電子透霧和光學(xué)透霧這兩者之間又有什么區(qū)別，各有什么優(yōu)劣勢(shì)呢？

電子透霧

電子透霧采用的是可見光成像，并通過ISP 算法來修復(fù)畫面，目前ISP 算法主要分為兩大類：圖像增強(qiáng)透霧技術(shù)和圖像復(fù)原透霧技術(shù)。圖像增強(qiáng)透霧技術(shù)不考慮圖像降質(zhì)原因，適用范圍廣，能有效地提高霧天圖像的對(duì)比度，改善圖像的視覺效果，但會(huì)產(chǎn)生更多的噪聲，甚至造成更多圖像細(xì)節(jié)的損失。圖像復(fù)原透霧技術(shù)是研究霧天圖像降質(zhì)的物理過程，并建立退化模型，反演退化過程，補(bǔ)償退化過程造成的失真，以便獲得原始圖像的最優(yōu)估計(jì)值，從而改善圖像質(zhì)量，這種方法針對(duì)性強(qiáng)，得到的去霧效果自然，處理的關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)是模型中參數(shù)的估計(jì)。

從電子透霧的算法解釋中可以看出其優(yōu)勢(shì)在于：1、畫面色彩得以保留，2、不會(huì)增加額外硬件成本。但電子透霧的劣勢(shì)也很明顯，首先由于可見光穿透能力弱，在遇到水汽、灰塵阻隔時(shí)會(huì)造成較大的散射，導(dǎo)致部分信息丟失，此時(shí)即使通過算法修復(fù)畫面、消除霧感，也無法對(duì)丟失的信息“從無到有”進(jìn)行恢復(fù)；此外，電子透霧基于不同的算法透霧效果各有不同，簡(jiǎn)單的算法在圖像還原效果上有局限性，而復(fù)雜的算法對(duì)硬件性能提出了更高的要求，而且就目前的圖像還原技術(shù)整體水平而言，電子透霧只能應(yīng)用在一般的霧氣環(huán)境中，一旦霧霾濃度提升，電子透霧的效果就會(huì)大大降低。

光學(xué)透霧

自然光由波長(zhǎng)不同的光波組合而成，人眼可見范圍大致為390nm-780nm，稱為可見光，而波長(zhǎng)小于390nm 的叫做紫外光，波長(zhǎng)大于780nm 的叫做紅外光。不同波段的光因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的不同具有不同的特性，一般紅外光由于擁有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，在傳播時(shí)受大氣粒子干擾影響較小，可穿透一定濃度的霧霾煙塵，攝像機(jī)可以利用這部分光線來實(shí)現(xiàn)穿透霧霾的監(jiān)控。這就是光學(xué)透霧的原理。

從原理可知光學(xué)透霧的優(yōu)勢(shì)在于紅外光穿透能力強(qiáng)，不會(huì)損失監(jiān)控主體的細(xì)節(jié)，圖像更清晰。但其劣勢(shì)也存在：1、由于紅外光沒有對(duì)應(yīng)的可見光色彩圖，所以在監(jiān)視器上呈現(xiàn)的圖像為黑白顏色，所以不適用于必須需要彩色圖像的場(chǎng)所；2、光學(xué)透霧的重點(diǎn)在于截取近紅外光成像，而這部分工作大都由鏡頭完成，而透霧鏡頭價(jià)格昂貴，過高的成本大大限制了光學(xué)透霧在實(shí)際項(xiàng)目中的大規(guī)模應(yīng)用。

解決普通透霧技術(shù)不足：宇視全新雙透霧技術(shù)

為解決普通透霧技術(shù)的不足，宇視通過對(duì)各種波段光線透霧性能的細(xì)致研究，并分析在不同濃度霧霾下測(cè)試采集的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終結(jié)合監(jiān)控透霧應(yīng)用需求，宇視全新研制出內(nèi)置光學(xué)透霧+ 電子透霧的雙透霧功能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)HIC5600 系列。

在近距離或一般霧氣環(huán)境中，該系列攝像機(jī)通過開啟電子透霧消除霧感，獲得清晰、通透的彩色圖像；一旦霧霾影響嚴(yán)重時(shí)，開啟光學(xué)透霧，即使只配備了普通鏡頭，依然能實(shí)現(xiàn)清晰的光學(xué)透霧效果，不會(huì)丟失任何細(xì)節(jié)，并且由于內(nèi)置光學(xué)透霧組件，相較于傳統(tǒng)的光學(xué)透霧鏡頭方案大大降低了成本，可以在平安城市等行業(yè)中大規(guī)模推廣應(yīng)用。由于可見光和紅外光聚焦面不一致，所以該系列透霧攝像機(jī)還內(nèi)置了自動(dòng)后焦（ABF）裝置，在模式切換后自動(dòng)觸發(fā)，以獲得最為清晰的圖像。

未來發(fā)展：光學(xué)透霧技術(shù)將持續(xù)發(fā)酵

在實(shí)際應(yīng)用中，電子透霧作為一種ISP 圖像還原技術(shù)，其致命缺陷在于霧霾嚴(yán)重時(shí)無法還原丟失的信息，這是其成像原理決定的，即使圖像還原算法再先進(jìn)，也無法改善。而光學(xué)透霧一直以來在森林防火、海事、邊防中有應(yīng)用，具有較長(zhǎng)的實(shí)際應(yīng)用歷史，其效果得到用戶的認(rèn)可，只是受限于高昂的成本而無法在其他通用行業(yè)中大規(guī)模推廣，隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，成本問題得到解決，相信其在各行業(yè)中的應(yīng)用前景將會(huì)越來越大。

以城市監(jiān)控為例，城市中霧霾越來越嚴(yán)重，對(duì)監(jiān)控的考驗(yàn)也越來越大。一般路面上布設(shè)的治安監(jiān)控?cái)z像機(jī)安裝高度為5-20米左右，一般需要覆蓋30-100 米左右距離，而城市中還有一類制高點(diǎn)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，安裝在距離地面50 ～ 100 米，乃至100 米以上的位置，利用其足夠的高度，避免周邊建筑物的遮擋，實(shí)現(xiàn)方圓一公里到十幾公里范圍的視頻圖像監(jiān)控，這一類攝像機(jī)往往由于霧霾干擾而大大降低覆蓋范圍，所以需要光學(xué)透霧技術(shù)支持。

而提升光學(xué)透霧效果除了攝像機(jī)自身圖像處理能力的進(jìn)一步提升，鏡頭、視窗等配套成像系統(tǒng)也應(yīng)該對(duì)紅外光具有更高的透過率，因此配套系統(tǒng)的完善乃至sensor 的進(jìn)一步升級(jí)是光學(xué)透霧未來努力的方向。

透霧功能開啟前后對(duì)比