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)等早已獲得用戶的認(rèn)可，如今，高清透霧攝像機(jī)的問世，很大程度上得益于透霧高清電動鏡頭，但攝像機(jī)本身的透霧原理也在近端時間獲得極大的進(jìn)步。

　　一、透霧攝像機(jī)的透霧原理

　　自然光由波長不同的光波組合而成，人眼可見范圍大致為390nm-780nm，波長從長到短分別對應(yīng)了紅橙藍(lán)綠青橙紫七種顏色，其中波長小于390nm的叫做紫外線，波長大于780nm的叫做紅外線。霧氣、煙塵等空氣中的小顆粒對光線有阻擋作用，使光線反射而無法通過，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后門的物體的。而波長越長衍射能力越強(qiáng)，即繞過阻擋物的能力越強(qiáng)，而紅外線因為擁有較長的波長，在傳播時受氣溶膠的影響較小，可穿過一定濃度的霧靄煙塵，實現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，這就是光學(xué)透霧的依據(jù)。

　　實現(xiàn)透霧的三個要素：

　　在不可見光的范圍內(nèi)，有一頻率的光可以穿透霧氣，但是由于起波長不同，所以需要在攝像機(jī)上進(jìn)行處理，以達(dá)到對其聚焦的目的,同時還需要在攝像機(jī)上進(jìn)行從新設(shè)計，用來將這一頻率的不可見光進(jìn)行成像，由于這個不可見光沒有對應(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。

　　(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)計至關(guān)重要。為了保證可見光成像系統(tǒng)透霧前后都能得到理想的圖像，鏡頭必須保證在可見光和近紅外波段都有很高的透過率，且兩個波段切換過程中對色差進(jìn)行修正保證切換后不需要再調(diào)節(jié)焦距。

　　普通鏡頭透過光譜的中心波長在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紅外波段為1100nm。

　　(2)近紅外靈敏度高的CCD

　　光譜從可見光波段至近紅外波段頻響曲線都好的超高靈敏度CCD攝像機(jī)是優(yōu)良系統(tǒng)的必要條件，這樣只用一臺攝像機(jī)，通過變換濾光片的方法，便可達(dá)到可見光波段和近紅線波段的分開使用，以利于用可見光波段來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)來增加觀察距離的目的。

　　(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距離，濾光鏡的使用無疑起了不小的作用，但要達(dá)到人們對遠(yuǎn)距離觀察圖像越清晰越好，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)一步將這個由散射引起的像灰白色薄膜干擾信號濾掉，再把有用的白光或黑白信號進(jìn)行處理，便能獲得遠(yuǎn)距離物體的優(yōu)良圖像信號。

　　二、透霧技術(shù)主要分為四種：

　　光學(xué)透霧

　　一般的可見光無法穿透云霧和煙塵，但近紅外線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可以繞射微小顆粒的原理，實現(xiàn)準(zhǔn)確快速聚焦。技術(shù)的關(guān)鍵主要在鏡頭和濾光片。 通過物理的方式，利用光學(xué)成像的原理提升畫面清晰度。缺點(diǎn)是只能得到黑白監(jiān)控畫面。

　　算法透霧

　　算法透霧技術(shù)，也稱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，通過機(jī)芯一體化通過內(nèi)嵌的FPGA芯片和ISP/DSP進(jìn)行運(yùn)算處理實現(xiàn)彩色畫面輸出。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，選擇透霧級別，可實現(xiàn)區(qū)域效果最佳，不同于過去對畫面對比度整體的提高，且沒有延時。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。它是目前市場上透霧效果最好的技術(shù)。

　　假透霧

　　這主要是通過人為調(diào)節(jié)對比度、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，從而改善主觀視覺效果。 缺點(diǎn)是不能對景物重新進(jìn)行聚焦，難以滿足視覺體驗。

　　隨著工業(yè)的發(fā)展以及其對氣候的影響，霧霾越來越成為一種常見的天氣現(xiàn)象，這對戶外應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)的畫面品質(zhì)造成很大的影響。而去霧技術(shù)能夠從多個角度提升視頻監(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，透霧處理后的圖像保持準(zhǔn)確的色調(diào)、自然的外觀，因而獲得了良好的圖像質(zhì)量與視覺感受。