透雾低照度及运动补偿监视器在高速公路上的应用

一．引言

自1988年中国第一条高速公路“沪嘉高速”建成通车以来，中国在这二十多年的时间内在高速公路上面的建设可谓是突飞猛进，据统计2011年中国高速公路总里程达到7.41万公里，跃居世界排名第二。中国并计划将人口总数在20万以上的城乡之间建设高速公路，这样在中国，一个人驾车从中国最北端到中国最南端或者从中国最西部到中国最东部全程只需要50多个小时就能够完成。

随着高速公路规模的逐步扩大，国家对公路的交通安全也非常的重视，视频监控系统在高速公路上也将发挥很大的作用。由于高速公路及周边环境特殊性对安防监控系统将带来很大的负担。虽然监控摄像头在很多领域能够代替执勤人员的现场监控，然而普通摄像头的调节能力远不及人眼，那么遇到上述情形就更加不能应对。

针对于特殊的监控场景，创维群欣安防科技有限公司投入研发的透雾及低照度清晰化增强引擎技术和任意帧率插帧运动补偿技术，能够很好的应对大雾、雨雪阴霾等气候条件以及运动丢帧对安防监控所带来的影响。将这三大处理功能放在监控后端的监视器上作为显示输出，这样对比于在前端摄像机上做相应的处理带来了很大的灵活性和伸缩性。

• 透雾低照度及运动补偿技术在监视器上的实现介绍
• 透雾及低照度技术实现

（1）透雾及低照度清晰化增强引擎技术

    对于透雾的处理，人眼能够看到雾的效果是因为空气中有水汽或者是悬浮颗粒等，在光被物体反射进入人眼的途中被这些物体所折射或者反射造成了视觉模糊现象。在光的颜色分部中，红色光处于长波、绿色光处于中波、蓝色光处于短波，我们都知道短波容易被阻隔或被细微颗粒反射，那么我们的透雾处理就能够根据这种基本颜色特性和视网膜虹膜模拟进行算法的开发。

    对于低照度的处理，在低亮度环境条件下前端采集过来的图像由于其光亮度低于一定的值，而使得通过摄像机光敏电阻输出的视频信号的电平低于规定的数值时，从而反应到监视器上就会出现一幅层次感不强、光亮度不够的灰暗的图像而且图像的噪声也比较大。利用虹膜模拟机制对光亮度增强和噪声降低处理还原出清晰亮丽的画面，这样灰暗图像经过低照度芯片处理后就能够在监视器上正常显示了。

（2）处理效果及技术特点

    视频信号经过透雾芯片处理后能够在很大程度上除雾，在200m的可视范围内对薄雾的去雾率能够达到99%，对中雾的去雾率能够达到90%，对浓雾的去雾率达到80%。去雾效果前后对比如下图所示。

图2-1透雾处理对比图

    低照度芯片对视频信号的处理，在微光条件下亮度增益最大能够达到49.3dB，这样的数值意味着对夜间低亮度环境能够进行很好的亮度还原，效果如下图。

图2-2低照度处理对比图

    这两种功能在技术上采用全彩色处理，这样对图像的真实性上有了很大的保证，让人从画面效果上看不出明显的处理痕迹；而且对画面的矫正处理上是自适应逐像素动态范围校正，每个像素采用不同的颜色调整曲线，而不是线性的颜色调整，这样从整体上保持了画面细节的锐利和完好，以符合人眼视觉感知的特点；另外，处理过程修复了过亮或过暗的图像，而不处理亮度平衡的图像，这样不会让人在感官上有突兀的感觉。

（二）运动补偿技术实现

    运动补偿技术是依据输入信号的帧频，利用插帧技术通过一定的数字核心算法，在两个相邻的视频帧之间再插入一帧或多帧，有效消除图像解码处理后出现的停顿、锯齿及拖尾现象，从而使整个画面更加平滑、流畅。运动补偿算法能够有效侦测原始图像的帧率，通过预存帧来侦测到动态帧率值，根据原始帧率和目标帧率制定插帧原则，同时根据预存的数帧图像数据进行运动方向矢量估算，从而实时的计算出整个视频帧中物体移动的速度和方向，然后通过插帧补偿算法计算出所要插入帧的数据。效果如下图所示。

图2-3运动补偿效果对比图

    任意帧率插帧运动补偿能够支持最高1080P、WUXGA分辨率以及不同的刷新率，运动补偿算法利用了n2m™任意帧转换技术能够把任意频率的帧频调整为60Hz,这样对处理网络视频采集过来易丢帧的图像有了更好的适应性，而且对高清画面的支持也达到了很好的处理效果。

• 透雾低照度及运动补偿监视器在高速公路上的应用
• 透雾功能监视器在高速公路上的应用

雾天对高速公路的正常行车会带来很大的危害，由于在雾天中人的可视距离有限，在行车过程中很容易造成交通事故。传统的解决方案是采用透雾摄像机，也就是在摄像机中做透雾处理然后将处理后的画面送入高速公路监控中心的显示终端。但是透雾摄像机在实施性上不是很好，而且处理效果也打不到很好的除雾效果。如果我们将处理放到显示后端的监视器上来实现就很容易解决上面遇到的问题。根据前面的介绍，前端视频信号直接通过监视器的透雾处理芯片的处理后，相当于给每一台摄像机安装上了透雾处理芯片。

• 低照度功能监视器在高速公路上的应用

对于夜间低照度监控在目前的解决方案中一般采用低照度摄像机或主动与被动红外技术，不过通常采用的是红外摄像技术。所有的红外技术是根据一条物理定律，所有绝对零度以上的物体都有红外辐射，利用这个原理红外摄像技术是通过捕捉红光后处理成像。虽然红外技术能够在照度非常低的情况下对画面进行还原，但是图像的还原性不高画面类似于高曝光的成像画面。

在微光监控条件下，低照度功能监视器有更好的适应性。低照度功能监视器在高速公路上主要是对收费站车道、收费广场、收费亭等进行监控。在微光下通过普通监视器会看不清车牌等车辆信息，但经过低照度处理后会将强光减弱微光增加照度，处理后的图像会变得柔和逼真，在监控中对可疑车辆、超速闯关等危险车辆能够得到有效监管。

• 运动补偿功能监视器在高速公路上的应用

在高速公路的监控中很容易在监视器上产生运动物体拖尾或不连贯的现象。产生这种现象，一方面是在拍摄高速运动物体时由于摄像机工作周期中会有一定的间隔，所以采集到的画面是不连贯的，由于人眼的视觉暂留，如果这个间隔不是很大的话人眼是感觉不到的，不过这种拖尾效果还是很容易发生的；另一方面，高速监控所使用的网络摄像机在网络解码方面也会有一定的丢帧，这样也会产生视频的停顿和拖尾。为了还原画面的真实性，运动补偿监视器的差帧补偿技术将会对画质的改善起到很好的还原效果。

• 三大功能监视器在高速公路上的应用优势
• 高清化

高清安防是安防业发展的趋势，在高速公路上监控图像质量要达到很高的要求，透雾、低照度和运动补偿芯片是作为一个硬件模块安装在创维高清监视器上的，芯片能够处理目前显示领域里的1080P最高分辨率的图像，在图像处理质量上有绝对的优势。

• 还原性

监视器的还原性是衡量监视器处理图像能力的一个重要指标，所谓的还原性是指还原真实画面效果的一种处理能力。透雾、低照度和运动补偿监视器中所采用的处理芯片是根据视网膜虹膜模拟算法，加上局部图像特征识别技术开发推出的，在还原性上有很大的优势体现。

• 兼容性

在安防监控中需要摄像机和监视器的配合工作，在传统的安防监控中监视器只是做单纯的显示处理，而把功能处理放到了摄像机中，这样在需要用到这三种功能的时候就要对原有的没有特种功能的摄像机进行更换。将处理功能放到了监视器中就解决了这种问题，运用起来非常的灵活。

• 结语

高速公路的建设是一个国家经济实力的象征，在高速公路上的科技投入在某一方面也反映了一个企业的研发实力，正是考虑到这一点，很多企业也在高速公路的相关应用上投入的大量的时间和资金来开发相关项目产品，正是在这样的竞争压力下，为了应对特殊的高速监控环境，我司推出的三大功能型监视器将会在高速公路的建设中有着广泛的应用。