監(jiān)控視頻中的圖像預(yù)處理技術(shù)詳細(xì)解析(三)
發(fā)布日期:2014-10-24
4. 特殊場(chǎng)合的預(yù)處理
視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍廣闊,在圖像采集時(shí)人為干預(yù)的極少。因此,各種環(huán)境的影響,監(jiān)控目標(biāo)的影響以及人為因素的影響都不可避免。面對(duì)種種不利的特殊場(chǎng)合,按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的壓縮處理是無(wú)能為力的。為了提高種類期刊下監(jiān)控視頻的質(zhì)量,采用視頻預(yù)處理就顯得格外重要。近年來(lái)在如下的幾個(gè)方面的研究和開(kāi)發(fā)都取得了可喜的進(jìn)展。
4.1 雨霧圖像處理
在霧天、雨天或者煙霾不散的情況下,由于場(chǎng)景的能見(jiàn)度降低,圖像中目標(biāo)對(duì)比度和顏色等特征被衰減,致使室外視頻系統(tǒng)的圖像模糊不清,影響正常工作,因此需要在視頻編碼前消除雨水、霧霾對(duì)場(chǎng)景圖像的影響。
以霧氣消除為例,目前的圖像處理方法主要分為兩類:霧天圖像增強(qiáng)和霧天圖像復(fù)原。霧天圖像增強(qiáng)方法不考慮圖像降質(zhì)原因,方法簡(jiǎn)單,能有效地提高霧天圖像的對(duì)比度,突出圖像的細(xì)節(jié),改善圖像的視覺(jué)效果,但可能會(huì)造成一定的信息損失。
霧天圖像復(fù)原針對(duì)霧天圖像質(zhì)量退化的機(jī)理,建立霧氣圖像退化模型,然后用圖像復(fù)原的方法,對(duì)霧天退化圖像進(jìn)行復(fù)原,補(bǔ)償退化過(guò)程造成的失真,獲得對(duì)無(wú)霧圖像的最優(yōu)估計(jì),從而改善霧天圖像質(zhì)量。這種方法針對(duì)性強(qiáng),得到的去霧效果自然,信息損失小,處理的關(guān)鍵是模型中參數(shù)的估計(jì)。

4.2 暗光圖像處理 在夜晚或光線不足的情況下,監(jiān)控?cái)z像很難捕獲到清晰亮麗的圖像,給道視頻監(jiān)控帶來(lái)很大困難。因此,暗光圖像增強(qiáng)的技術(shù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。普通的圖像增強(qiáng)算法對(duì)暗光圖像處理只是作全局或局部的對(duì)比度拉伸,作用有限,不易實(shí)現(xiàn)圖像的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)與色度保持。近年來(lái)的Retinex 算法對(duì)暗光圖像的處理取得了良好的效果,增強(qiáng)了暗光圖像的對(duì)比度,較好地保持了圖像的色度。 Retinex算法在研究人的顏色視覺(jué)理論和視網(wǎng)膜皮層理論的基礎(chǔ)上,提出一種關(guān)于人類視覺(jué)系統(tǒng)如何調(diào)節(jié)感知到物體顏色和亮度的模型。在這一模型中,圖像由兩部分組成,一部分是場(chǎng)景中物體的光照亮度,對(duì)應(yīng)于圖像的低頻部分,另一部分是場(chǎng)景中物體的反射亮度,對(duì)應(yīng)于圖像的高頻部分,通常它們也被稱為亮度圖像和反射圖像。因此Retinex算法從給定的圖像中分離出亮度圖像和反射圖像,在彩色恒定的條件下,通過(guò)改變亮度圖像和反射圖像在原圖像中的比例來(lái)達(dá)到增強(qiáng)暗光圖像的目的。 4.3 自動(dòng)曝光和聚焦 (1)自動(dòng)曝光 CMOS之類的傳感器只有獲得正確的曝光量,才能得到高質(zhì)量的圖像。曝光過(guò)度,圖像看起來(lái)太亮;曝光不足,則圖像看起來(lái)太暗。到達(dá)傳感器的光通量的大小主要由兩方面因素決定:曝光時(shí)間的長(zhǎng)短以及光圈的大小。利用光圈進(jìn)行自動(dòng)曝光,主要根據(jù)所拍攝的場(chǎng)景來(lái)控制光圈大小,使得進(jìn)光量維持在一定范圍內(nèi),成本比較高。現(xiàn)在市場(chǎng)所見(jiàn)的中低端攝像頭采用的主流技術(shù)通過(guò)調(diào)整曝光時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光。在研究了大量不同光照條件的圖像實(shí)例基礎(chǔ)上,獲得不同光照條件下的亮度與曝光值之間的關(guān)系,自動(dòng)曝光的預(yù)處理正是根據(jù)這一關(guān)系來(lái)進(jìn)行曝光控制的。 (2)自動(dòng)聚焦 聚焦的好壞直接影響攝像機(jī)捕獲的視頻圖像的清晰度,因此監(jiān)控系統(tǒng)要求攝像機(jī)具有自動(dòng)聚焦的功能,調(diào)整鏡頭的焦距使其焦點(diǎn)位于感光面上,從而獲得清晰的圖像。自動(dòng)聚焦的方法可以分為三大類:一類是基于鏡頭與被攝目標(biāo)之間距離測(cè)量的測(cè)距方法,另一類是基于聚焦屏上成像清晰的聚焦檢測(cè)方法,第三類是基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)聚焦方法,這是最適宜于監(jiān)控系統(tǒng)的一種方法。 基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)聚焦方法對(duì)采集的每一幀圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,通過(guò)判斷聚焦是否準(zhǔn)確、成像是否清晰給出反饋信號(hào)控制鏡頭的運(yùn)行,直到采集的圖像符合使用要求,即完成自動(dòng)聚焦。這種方法的特點(diǎn)是聚焦更加智能化、聚焦判據(jù)更加靈活,方便聚焦控制的執(zhí)行,從而避開(kāi)復(fù)雜的對(duì)焦電路和機(jī)構(gòu)。 4.4 背光補(bǔ)償 在視頻采集過(guò)程中,如果場(chǎng)景中的目標(biāo)遮擋住了光源,那么感興趣目標(biāo)表面不能夠接收到足夠光強(qiáng),導(dǎo)致的感興趣區(qū)域的亮度比較暗,看不清細(xì)節(jié),這就是所謂的背光現(xiàn)象。很明顯,背光補(bǔ)償處理的目的在于提高感興趣區(qū)域的亮度,適當(dāng)?shù)膶?duì)比度,同時(shí)保證整幅圖像的自然性和平滑性。背光補(bǔ)償?shù)囊粚?shí)例如圖4所示。對(duì)于視頻序列,在保證單幀圖像補(bǔ)償效果的同時(shí),還要保證補(bǔ)償后視頻序列亮度的連續(xù)性,避免閃爍現(xiàn)象的發(fā)生。

除了上面介紹的幾種特殊的預(yù)處理方法外,還有多種其它的預(yù)處理方法。例如感興趣區(qū)域的處理,這種方法首先找出圖像中感興趣區(qū)域,對(duì)此處進(jìn)行增強(qiáng)處理,以專注于提高感興趣目標(biāo)的圖像質(zhì)量。再如自動(dòng)鎖定動(dòng)態(tài)目標(biāo)的處理,和感興趣區(qū)域處理類似,首先檢測(cè)出動(dòng)態(tài)目標(biāo),對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和增析處理。 5. 小結(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加了預(yù)處理環(huán)節(jié),一則可以提高解碼圖像質(zhì)量,尤其是某些不利條件下的視頻質(zhì)量;二則可以提高視頻編碼的效率,減少傳輸視頻的質(zhì)量波動(dòng)。其實(shí),提高編碼效率和改進(jìn)碼率控制,其結(jié)果仍然是提高了解碼視頻的質(zhì)量。近年來(lái),業(yè)界對(duì)視頻預(yù)處理愈加重視,各種預(yù)處理的方法層出不窮,取得了顯著的進(jìn)展。但是,由于種種因素的限制,預(yù)處理的效果還不能夠令人滿意,還有諸多的問(wèn)題需要在今后的研究和開(kāi)發(fā)中逐步解決。未來(lái),如何提高視頻監(jiān)控的圖像效果,是否能找到除了預(yù)處理之外的有效圖像處理方法,將是促使視頻圖像效果改善的一大重點(diǎn),讓我們拭目以待。文章來(lái)源:迅通顧問(wèn)
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