摄像机图像模糊 智能分析技术成必然

    随着安防行业的持续高速发展，技术也日新月异，不断衍生的新技术或从其它行业引入的技术，都对安防从业者带来挑战，尤其是数字高清监控。如今，监控摄像机已经越来越智能化、数字化、信息化，然而，图像模糊，对于监控摄像机，尤其高清监控摄像机是一个硬伤。
　　清晰、通透的画质能让人赏心悦目，逼真的色泽还能提升监控人员的心绪，但现实是，图像模糊不清的情况却常有发生，而最为恼人的事是面对模糊图像，监控人员却丈二和尚摸不着头脑，不知如何摆弄。造成图像模糊的原因多种多样，有设备自身原因，也有环境因素，只要一个环节处理不当，图像模糊就在所难免。
　　只有了解了它真实的原因，问题才能迎刃而解。本文将对一系列问题进行简单的阐述。
　　光源环境
　　环境的光照状况决定了摄像机成像的好坏。为解决光照问题，通常可以通过环境补光来提升监控场景的照度，从而提升图像画质。补光办法常会有如下二类：
　　外部加装辅助可见光源：使用可见光照明技术难度低，安装及应用快捷，这是模拟监控常用的办法，在其它技术尚未成熟的情况下，采用加装辅助可见光照明是最为直接也是最行之有效的方法；在数字高清监控的今天，在较多的监控场所，仍沿用此最直接最为有效的办法，如煤矿井下等；
　　增设非可见光源：现在常用到的非可见辅助光源有两种，一是红外光，随着红外发光技术的成熟，尤其是红外LED灯技术的成熟，使得应用于摄像监控更加方便，使用寿命更长，从而可让摄像机不受环境照度影响，实现24小时不间断监控；二是激光，与红外光一样，都是直接安装于摄像机上的主动式光源，但激光的聚焦性更好，成像距离也比较远。
　　环境光照情况是万变的，不同地点、不同时间都会不一样，要实现高清成像就必须营造一个有利于成像的环境，光照不足时须为其提供辅助光源；同时还要处理好摄像机与环境的关系，如选择恰当安装位置以避免逆光等。
　　镜头本身
　　无论是可见光还是不可见光，补光仅是成像环节中的一部分，若要实现高质量图像呈现，还需从摄像机自身来提升。摄像机清晰成像实际上是各个元器件协调合作的结果，任一部分的不足或缺失都会对成像质量造成极大的影响。
　　镜头清晰度如果与摄像机不匹配，画质就达不到预期的效果。傍晚、夜间。当镜头难以获得足够的光线，会造成图像画面模糊，噪点增多，对运动物体的抓拍有拖尾等。因此，夜间监控摄像机采用大口径镜头是较好的选择，以便在低光照环境下，大口径镜头能获取较多的光线，有助于提升图像清晰度。
　　一体机采用自动聚焦镜头，如果制作工艺不够精良，自动聚焦也容易出现偏差，造成失焦模糊。球面镜头的图像清晰度大大下降，这是低端项目中普遍存在的现状。遇大雾粉尘等特殊镜头采用近红外滤色片、镀膜技术及电子图像增强技术，将会大幅提升监控距离及图像清晰度。
　　高感光元件
　　如果将镜头比作人的眼睛，那么感光元件就是人眼的视网膜，所有光线在其上被映射转换成电子图像，再经摄像机后端处理形成直观的图像视频流。
　　传感器像素数的多少，关乎到图像画质的清晰度。图像模糊很大一部分是由于视频源清晰度不够造成的，比如CIF、QCIF等，像素低，再经AD/DA处理后，会损失部分信息，图像清晰度自然会更低。在高清需求下，感光元件正向着高清化发展，现在，130万、200万像素传感器已经成为主流，300万、400万、500万、800万甚至更高的像素产品也不鲜见，它们能提供更高清的画质，为高清呈现提供了良好视频源。
　　传感器的安装工艺对清晰成像也有着紧密联系，在应用中，常发现这样一些问题，由于传感器安装不平衡，所呈现的画面一侧的清晰度很高，而另一侧却显现模糊不清，这种情况，要解决图像模糊问题，就只有更换摄像机或让厂家调整传感器的安装位置了。
　　芯片处理能力
　　芯片是摄像机的核心部件，摄像机传感器在将光图像转换成电子图像后都须在DSP处理后才从后端发射出去，其承载了图像处理与分析、编解码压缩等大量工作，如果是智能设备，还会嵌入大量的智能分析算法，进入高清监控时代，其作用更为凸显。现在芯片不但要处理高清视频流，还要对高清数据进行分析，无形中又增加了运算量，在庞大的数据处理面前，芯片的性能常会显得捉襟见肘。
　　数字化的发展最主要就是摄像机芯片性能的提升，从而实现各种视频处理应用，比如可处理高清、高帧率传输的视频流，或处理更加复杂的图像。努力提升芯片的处理能力，使其在模糊图像的检测及处理上发挥出更大的作用。
　　图像传输
　　选择何种介质和设备传送图像和其它控制信号将直接关系到监控系统的质量和可靠性。一般来说，距离在二、三百米以内，并且无环境干扰、布线空间大的场所，可以考虑使用常规的视频同轴电缆；当传输距离在5～6百米以上及1～2公里以内，或环境干扰大、布线要求紧凑的场所，可考虑使用网络用超五类双绞线；如距离更远时，光纤就是必然的选择了，而光端机为监控系统提供了灵活的传输和组网方式，信号质量好、稳定性高。而尤以非压缩数字图像光端机效果最好，非压缩数字图像光端机能提供很好的图像传输效果(信噪比大于60dB，微分相位失真小于2°，微分增益失真小于2%)，达到了广播级的传输质量，并且图像传输是全实时的。
　　传输带宽较窄，而传输的数据流又比较大时，造成数据无法顺畅传输，显示器画面中的图像即表现出马赛克、画面停止、画面跳跃等，如果是由此原因造成图像模糊，那只能或提升传输带宽或降低监控图像分辨率和帧率。
　　显示端匹配问题
　　受分辨率的限制，显示的图像效果也会不一样。如果摄像机输出的图像分辨率大于显示器的分辨率或显示设备锐度不够、动态范围较差等，都有可能出现图像被截屏(如960H分辨率的图像，如果没有相应分辨率的显示器，所用显示器的画面为被切除后的图像)、画面不清晰(标清显示器是无法将高清图像的细节呈现的)、图像变形等现象，其中画面不清晰和变形最为常见，此种情况下，最佳的解决方案就是更换相应分辨率的显示设备。
　　从摄像机成像到实现高清显示是一个综合作用的过程，各步骤间需协同合作才能实现图像的优化，每一个部件都是关键，缺一不可。因此，一个好的摄像机，首先要确保自身硬件是优良的，这样才能从信号源头上降低图像的模糊程度。尽管目前从摄像机到传输，再到显示设备，仍不能满足人们对高画质呈现的要求，但正如杭州海康威视数字技术股份有限公司产品经理俞海所说的：“我们对于图像清晰度的追求是无极限的，因此不能说已”解决“了图像模糊的问题，而只能说是”改善“，只有更好，没有最好。”因此，硬件的改进仍须孜孜不倦地进行。
　　软件处理
　　硬件是“死”的，软件是“活”的，硬件渠道行不通，可以通过软件来实现模糊图像的优化应用，这已经成为模糊图像处理的重要手段。通过软件来处理模糊图像，算法种类很多，实现的方式也很多，一些硬件无法处理的问题或可以在软件中得到修正。通过软件修复，可将模糊的图像还原正常，将场景形态准确还原。软件处理的应用已经成为优化监控图像的重要手段，并且日益发挥出重要的作用，随着智能分析应用的普及，算法对图像信息的精确度要求越来越高，图像优化技术也将由此得到进一步推动。
　　编解码算法
　　对于编码问题，当前的研究方向还是如何利用H.264或更加先进的H.265编码算法，从而在保证画质的情况下，更大地降低码流。当前在广电IPTV领域，已经有些私有压缩算法可以达到300Kbps支持全动感D1画面，2Mbps支持1080P全动感画面。如果能够将其借鉴到监控领域，那么压缩算法应该在保证画面质量的情况下，还可以降低一倍，从而达到1Mbps高清画质水平。
　　在当前的数字图像技术的背景下，编码技术是影响图像质量的瓶颈之一，如果出现一种压缩比高、图像损失小的编码算法，当然会一定程度上解决因为压缩导致的图像模糊问题，不过要实现这种算法，通常需要更高的运算代价，所以还需要硬件技术的更新来满足这样的算法。
　　在安防应用中，如何找到更加优化的压缩算法是当前的紧迫要务，编解码压缩算法的演进过于缓慢，与高速发展的安防行业相比，远远不能满足需求，各厂家为都在原有编解码压缩算法的基础上附加一些优化算法来满足市场竞争力的需求。
　　智能分析尚不足
　　如果监控系统庞大，监控点多，模糊图像的检测及处理光靠人力是无法完成的，早在数年前，国内就有部分厂家投入到大型监控应用中的图像检测及处理应用，通过系统的自动检测，减少人力的投入，并且使检测精度大为提高。
　　目前，视频质量诊断系统，能够对视频图像出现的模糊、噪声、亮度异常和视频丢失等低质视频以及常见摄像机故障问题进行诊断，能有效预防因硬件或环境等问题导致的图像质量低下所带来的损失，并自动生成检测报告，提供及时且精准的维护信息，第一时间从根源上解决图像模糊的问题。
　　高清监控是基于硬件实现的，归根结底，要处理好图像的清晰度，最终还是要提升摄像机的硬件处理能力。随着监控的发展，光靠分析与处理模糊图像是不足以应对日益频繁的画质问题的，解决此问题的关键有赖于智能分析技术的发展，只有通过智能分析技术自行检测及处理才是解决图像模糊的最终途径，但目前智能分析技术仅能做到模糊图像检测和简单的优化处理。智能化是监控发展的必然，因此，模糊图像的智能化处理还有待行业的共同推动与发展。