當(dāng)霧霾發(fā)生時，大氣中懸浮的細(xì)顆粒物對光線產(chǎn)生的阻擋、吸收和散射等作用會導(dǎo)致大氣能見度下降，視頻監(jiān)控設(shè)備將很難采集到清晰的現(xiàn)場圖像;如遇霧霾天氣嚴(yán)重時，監(jiān)控畫面更是朦朧不清，基本無法從中獲取有效信息。然而治理霧霾不是一件能一蹴而就的事情，這就對具有能夠?qū)崟r透霧的監(jiān)控設(shè)備提出了新的需求。安防廠家也針對此現(xiàn)狀積極改進(jìn)其透霧技術(shù)，并推出各種樣式的透霧產(chǎn)品;其中，以透霧攝像機(jī)產(chǎn)品最為典型。

　　透霧技術(shù)的原理及應(yīng)用

　　透霧技術(shù)，顧名思義即是穿透霧、霾的一種技術(shù)。在能見度低下的霧霾天氣中，通過透霧技術(shù)，攝像機(jī)便可穿透霧霾的干擾，一掃朦朧，還原清晰的監(jiān)控畫面，保持良好的監(jiān)控效果。在目前行業(yè)發(fā)展中，用于解決霧氣、霧霾環(huán)境下的安防監(jiān)控的透霧技術(shù)，應(yīng)用最多的主要是以下兩種方式：一是電子透霧，主要是通過算法對采集的圖像進(jìn)行二次處理，實現(xiàn)圖像的優(yōu)化和加強(qiáng)，從而使畫面達(dá)到更通透的效果;二是光學(xué)透霧，主要是通過光學(xué)元器件實現(xiàn)穿透霧霾，利用紅外光成像的原理來提升畫面清晰度。

　　電子透霧

　　電子透霧采用可見光成像，主要是在采集的圖像上進(jìn)行圖像增強(qiáng)和圖像還原，從而達(dá)到畫面更通透的效果，是一種基于人類視覺感知模型設(shè)計的后端圖像復(fù)原技術(shù)。杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司(以下簡稱“?？低?rdquo;)產(chǎn)品售前經(jīng)理姚靜認(rèn)為：電子透霧經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段，早期的發(fā)展階段——“淺透霧”階段，實現(xiàn)圖像增強(qiáng)透霧方法。這類方法是不考慮圖像降質(zhì)的原因，主要通過調(diào)整傳感器采集信息的分布，增強(qiáng)觀測目標(biāo)的色彩對比與細(xì)節(jié)增強(qiáng)，減少信息在后續(xù)處理(例如ISP和編碼壓縮)中的損失，改善圖像的效果，令用戶觀測效果得到提升。但是這種透霧效果不明顯，也稱假性透霧。隨著目前霧霾天氣的日益嚴(yán)重及擴(kuò)大化，“淺透霧”已不能支持監(jiān)控設(shè)備在霧霾天氣稍微嚴(yán)重時依然保持清晰成像。那么電子透霧技術(shù)進(jìn)入了第二個階段——“算法透霧”階段，實現(xiàn)圖像還原透霧方法。算法透霧可根據(jù)物理上霧霾的形成模型，通過局部區(qū)域灰白程度判斷霧霾的濃度，考查出圖像退化的原因，采用逆向處理方法，將退化過程進(jìn)行建模，從而復(fù)原出清晰的無霧霾圖像?？偟膩碚f，算法透霧優(yōu)于增強(qiáng)透霧，可以在保留圖像的原有色彩下大幅提升圖像的透霧效果。

　　從以上電子透霧原理的解釋可以得知其優(yōu)勢在于：1、不會增加額外的硬件成本;2、能夠保留原有的色彩細(xì)節(jié);3、透霧算法除了可以應(yīng)用在前端攝像機(jī)上，還可以應(yīng)用在后端的DVR、NVR、甚至顯示器上等硬件設(shè)備上。但是其劣勢也表現(xiàn)明顯：1、由于電子透霧是通過可見光成像，而可見光穿透能力弱，易受大氣的水汽、灰塵等阻隔、散射，因此在濃霧場景中，由可見光在大氣傳播過程中損失掉的信息，是無法“從無到有”進(jìn)行恢復(fù)的;2、作為一種ISP圖像還原技術(shù)，在依靠透霧算法逆向推演過程中，當(dāng)景物信息相對偏弱的時候，對圖像還原往往會引入噪聲，當(dāng)降噪功能開啟后，在抹平的同時亦會導(dǎo)致畫面失真、細(xì)節(jié)丟失;3、基于不同的算法，其透霧效果各異。就目前透霧算法的整體水平而言，只能應(yīng)用在一般的霧氣環(huán)境中，一旦霧霾濃度提升時，其效果將會大打折扣。

　　光學(xué)透霧

　　在認(rèn)識光學(xué)透霧之前，讓我們先來了解一下基本的光學(xué)知識。大氣中的自然光是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)了紅橙黃綠青藍(lán)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。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性，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，可穿透一定濃度的霧靄煙塵，實現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，這就是光學(xué)透霧的主要依據(jù)。

　　光學(xué)透霧采用紅外光成像，因此成像的重點在于對特定近紅外波段光線的截取與準(zhǔn)確聚焦。實現(xiàn)這一原理的核心元器件是透霧濾光片，而透霧濾光片裝在鏡頭還是裝在攝像機(jī)上，也會帶來透霧效果的差異。

　　透霧鏡頭

　　可以說鏡頭的好壞決定了光學(xué)透霧的效果，而鏡頭設(shè)計的難度在于光學(xué)設(shè)計及材質(zhì)選擇與工藝技術(shù)上，其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等。專業(yè)的透霧鏡頭內(nèi)置有針對性很強(qiáng)的濾波片，作用是精確截取所需波段的光線，為了適應(yīng)特定環(huán)境狀況，常常會加載多片針對不同波段的濾波片，并通過485接口與攝像機(jī)聯(lián)動，實現(xiàn)切換。另外，透霧鏡頭的最大的不同在于能承載紅外波段的寬度，即成焦面的寬容度。從原理上，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。

　　濾波片

　　目前攝像機(jī)廠家考慮到透霧鏡頭高昂的造價，為了尋求更經(jīng)濟(jì)實惠的光學(xué)透霧模式，利用光學(xué)透霧截取近紅外光成像的原理，他們會選擇在普通鏡頭的攝像機(jī)上增加透霧濾波片，當(dāng)攝像機(jī)切換到透霧模式的同時自動切換透霧濾光片，通過透霧濾波片精確截取適合成像的近紅外波段，從而實現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的光學(xué)透霧。

　　從上述光學(xué)透霧原理解析，我們可以知道直接利用相較于可見光具有更大穿塵透霧能力的近紅外波段光線進(jìn)行成像，不僅可以采集到清晰的監(jiān)控畫面，而且能保留更多的圖像細(xì)節(jié)，在夜市下、長遠(yuǎn)距離下及嚴(yán)重霧霾天氣下都能獲得極好的監(jiān)控效果，目前已在海事、海洋領(lǐng)域有了不錯的運(yùn)用。但是由于過濾了可見光，圖像只能以黑白呈現(xiàn)。另外，受鏡頭高昂成本的限制，因此在實際項目及民用市場的應(yīng)用中受到極大的限制。

　　兩種技術(shù)的難點突破

　　從以上兩種透霧技術(shù)的原理及應(yīng)用上，可以看出各自的優(yōu)劣勢。那么這兩種透霧技術(shù)在未來發(fā)展層面上需要突破的難點在哪里呢?讓我們看看以下專家給出的看法：

　　浙江宇視科技有限公司(以下簡稱“宇視”)IPC高級產(chǎn)品經(jīng)理陳乾：電子透霧的核心—透霧算法，是一種圖像增強(qiáng)技術(shù),集成在IPC的芯片上。不同的算法有各自的優(yōu)缺點，糟糕的算法會使畫面失真，簡單的算法則透霧效果不足，但是復(fù)雜的算法又對硬件性能有要求，相應(yīng)的成本也會增加。因此，電子透霧的未來發(fā)展難點將在于透霧算法的提升以及如何提高承載復(fù)雜透霧算法的處理器能力。

　　蘇州科達(dá)科技股份有限公司(以下簡稱“科達(dá)”)監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)理李偉偉：光學(xué)透霧的重點在于截取近紅外光線成像，而這部分大都由鏡頭完成。目前的透霧鏡頭價格昂貴，限制了其在市場上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，光學(xué)透霧的發(fā)展難點將在于如何降低透霧鏡頭的成本。

　　?？低曇o：基于霧霾形成的不確定性，還需要做到模式自適應(yīng)，智能開啟透霧功能。目前的攝像機(jī)在電子透霧上可以通過對比參數(shù)判定是否需要開啟透霧模式，達(dá)到自動偵測霧氣，或者通過預(yù)設(shè)模式判定出霧氣濃淡，選擇進(jìn)入相應(yīng)的透霧模式。然而就目前情況來看，這種偵測霧濃度的準(zhǔn)確度還有待于進(jìn)一步提升。而光學(xué)透霧，由于在功能上需要區(qū)分不同的模式，大多時候都需要自己手動開啟透霧模式。

　　方案升級：雙透霧技術(shù)

　　雙透霧技術(shù)，顧名思義就是光學(xué)透霧+電子透霧。光學(xué)透霧主要依靠光學(xué)元器件，電子透霧主要依靠ICE運(yùn)算，在光學(xué)透霧的基礎(chǔ)上集成透霧算法，在原有光學(xué)透霧的基礎(chǔ)上使透霧效果得到進(jìn)一步的提升。這種技術(shù)對于安防廠家的要求非常高，產(chǎn)品在設(shè)計時，就需要對各種波段光線透霧性能做細(xì)致研究，通過大量的實驗論證，并分析在不同濃度霧霾下測試所采集的大量實驗數(shù)據(jù)，才能從多種方案中選擇出最合適的濾光片、鏡頭、傳感器和特定的透霧算法組合。在保證了透霧效果的同時，需要避免出現(xiàn)圖像噪聲過大，清晰度下降的情況，從而得到進(jìn)一步提升的透霧效果 。

　　宇視陳乾進(jìn)一步補(bǔ)充道：“電子透霧和光學(xué)透霧互有優(yōu)劣勢，并且互補(bǔ)，完全可以融合在一起。結(jié)合這兩種監(jiān)控透霧的應(yīng)用需求，企業(yè)已研發(fā)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)。它可以在近距離或一般霧氣環(huán)境中，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，采用內(nèi)置的光學(xué)透霧組件就會開啟光學(xué)透霧，即使只配備了普通鏡頭，依然能實現(xiàn)清晰的光學(xué)透霧效果，不會丟失任何細(xì)節(jié)，并且由于相較傳統(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。”

　　透霧技術(shù)應(yīng)用前景

　　傳統(tǒng)的透霧攝像機(jī)多采用光學(xué)透霧技術(shù)，搭配專業(yè)的透霧鏡頭因具有較長焦段，在遠(yuǎn)距離監(jiān)控的場景中能得到較好的透霧效果，已廣泛應(yīng)用于森林防火、海事、邊防等，具有較長的實際應(yīng)用歷史。由于專業(yè)的透霧鏡頭價格不菲，因而無法在其它通用行業(yè)中得到大規(guī)模的應(yīng)用，但是在以上行業(yè)應(yīng)用中所表現(xiàn)出來的透霧效果還是很突出的，得到用戶的廣泛認(rèn)可。隨著新技術(shù)的產(chǎn)生，如果可以做到降低鏡頭成本的問題，相信未來的應(yīng)用前景會越來越大。

　　霧霾天氣的日漸嚴(yán)重及擴(kuò)大化，對具有實時透霧的攝像機(jī)的需求也在不斷增加，而電子透霧技術(shù)的出現(xiàn)，以其低成本、易部署等特點，加上良好的透霧效果，已贏得市場好評，在城市監(jiān)控中得到廣泛應(yīng)用。上海廣拓信息技術(shù)有限公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理趙輝提到：“對于輕度的霧與霧霾，目前市場上的透霧攝像機(jī)已經(jīng)做到較好的透霧效果。無論是球機(jī)類型還是半球類型的攝像機(jī)產(chǎn)品均可以嵌入透霧算法后實現(xiàn)透霧功能，在近距離、輕度霧霾下的監(jiān)控都能達(dá)到一定的透霧效果，只是最終的實現(xiàn)效果會因各廠家的生產(chǎn)技術(shù)不同而略有千秋。另外，隨著圖像芯片技術(shù)的發(fā)展，在推出透霧功能的算法核心后，開發(fā)商和設(shè)備廠商只需要基于圖像算法的引擎，就可以做出一個相對比較好的透霧效果。”科達(dá)李偉偉進(jìn)一步補(bǔ)充道：“隨著處理器性能的不斷提升，圖像還原的數(shù)字透霧技術(shù)的優(yōu)化，‘圖像還原的數(shù)字透霧’將成為SoC一個內(nèi)置模塊，將來也會成為攝像機(jī)的標(biāo)配功能。”

　　另外，電子透霧采用的是算法處理技術(shù)，雖然目前更多的是由前端攝像機(jī)進(jìn)行嵌入，但在顯示器/監(jiān)視器、DVR、NVR等后端設(shè)備上存在一定的需求，在后端嵌入電子透霧后，對于提升色彩飽和度與圖像質(zhì)量會有一定幫助，能夠得到圖像二次優(yōu)化后的成像效果;其次，也會讓透霧應(yīng)用變得更為廣泛，滿足了目前透霧產(chǎn)品線不全或原有設(shè)備不支持透霧技術(shù)的后端升級應(yīng)用。

　　結(jié)語

　　無論采用哪種技術(shù)，亦或使用哪種方式，目標(biāo)就是在霧霾籠罩的天氣下，監(jiān)控攝像機(jī)依然能夠透視霧霾，一掃朦朧，監(jiān)控每個角落，呈現(xiàn)清晰的監(jiān)控畫面。盡管當(dāng)下透霧攝像機(jī)已做到克服輕度霧霾天氣的干擾，初步滿足市場的需求，但是隨著科技的不斷發(fā)展，透霧技術(shù)的不斷突破，或許在未來會出現(xiàn)更先進(jìn)的應(yīng)對霧霾的技術(shù)。