一．   引言

自1988年中國第一條高速公路“滬嘉高速”建成通車以來，中國在這二十多年的時(shí)間內(nèi)在高速公路上面的建設(shè)可謂是突飛猛進(jìn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2011年中國高速公路總里程達(dá)到7.41萬公里，躍居世界排名第二。中國并計(jì)劃將人口總數(shù)在20萬以上的城鄉(xiāng)之間建設(shè)高速公路，這樣在中國，一個(gè)人駕車從中國最北端到中國最南端或者從中國最西部到中國最東部全程只需要50多個(gè)小時(shí)就能夠完成。

隨著高速公路規(guī)模的逐步擴(kuò)大，國家對(duì)公路的交通安全也非常的重視，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路上也將發(fā)揮很大的作用。由于高速公路及周邊環(huán)境特殊性對(duì)安防監(jiān)控系統(tǒng)將帶來很大的負(fù)擔(dān)。雖然監(jiān)控?cái)z像頭在很多領(lǐng)域能夠代替執(zhí)勤人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，然而普通攝像頭的調(diào)節(jié)能力遠(yuǎn)不及人眼，那么遇到上述情形就更加不能應(yīng)對(duì)。

針對(duì)于特殊的監(jiān)控場(chǎng)景，創(chuàng)維群欣安防科技有限公司投入研發(fā)的透霧及低照度清晰化增強(qiáng)引擎技術(shù)和任意幀率插幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，能夠很好的應(yīng)對(duì)大霧、雨雪陰霾等氣候條件以及運(yùn)動(dòng)丟幀對(duì)安防監(jiān)控所帶來的影響。將這三大處理功能放在監(jiān)控后端的監(jiān)視器上作為顯示輸出，這樣對(duì)比于在前端攝像機(jī)上做相應(yīng)的處理帶來了很大的靈活性和伸縮性。

二．   透霧低照度及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在監(jiān)視器上的實(shí)現(xiàn)介紹

(一)     透霧及低照度技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）透霧及低照度清晰化增強(qiáng)引擎技術(shù)

對(duì)于透霧的處理，人眼能夠看到霧的效果是因?yàn)榭諝庵杏兴�汽或者是懸浮顆粒等，在光被物體反射進(jìn)入人眼的途中被這些物體所折射或者反射造成了視覺模糊現(xiàn)象。在光的顏色分部中，紅色光處于長波、綠色光處于中波、藍(lán)色光處于短波，我們都知道短波容易被阻隔或被細(xì)微顆粒反射，那么我們的透霧處理就能夠根據(jù)這種基本顏色特性和視網(wǎng)膜虹膜模擬進(jìn)行算法的開發(fā)。

對(duì)于低照度的處理，在低亮度環(huán)境條件下前端采集過來的圖像由于其光亮度低于一定的值，而使得通過攝像機(jī)光敏電阻輸出的視頻信號(hào)的電平低于規(guī)定的數(shù)值時(shí)，從而反應(yīng)到監(jiān)視器上就會(huì)出現(xiàn)一幅層次感不強(qiáng)、光亮度不夠的灰暗的圖像而且圖像的噪聲也比較大。利用虹膜模擬機(jī)制對(duì)光亮度增強(qiáng)和噪聲降低處理還原出清晰亮麗的畫面，這樣灰暗圖像經(jīng)過低照度芯片處理后就能夠在監(jiān)視器上正常顯示了。

（2）處理效果及技術(shù)特點(diǎn)

視頻信號(hào)經(jīng)過透霧芯片處理后能夠在很大程度上除霧，在200m的可視范圍內(nèi)對(duì)薄霧的去霧率能夠達(dá)到99%，對(duì)中霧的去霧率能夠達(dá)到90%，對(duì)濃霧的去霧率達(dá)到80%。去霧效果前后對(duì)比如下圖所示。

圖2-1透霧處理對(duì)比圖

低照度芯片對(duì)視頻信號(hào)的處理，在微光條件下亮度增益最大能夠達(dá)到49.3dB，這樣的數(shù)值意味著對(duì)夜間低亮度環(huán)境能夠進(jìn)行很好的亮度還原，效果如下圖。

圖2-2低照度處理對(duì)比圖

這兩種功能在技術(shù)上采用全彩色處理，這樣對(duì)圖像的真實(shí)性上有了很大的保證，讓人從畫面效果上看不出明顯的處理痕跡；而且對(duì)畫面的矯正處理上是自適應(yīng)逐像素動(dòng)態(tài)范圍校正，每個(gè)像素采用不同的顏色調(diào)整曲線，而不是線性的顏色調(diào)整，這樣從整體上保持了畫面細(xì)節(jié)的銳利和完好，以符合人眼視覺感知的特點(diǎn)；另外，處理過程修復(fù)了過亮或過暗的圖像，而不處理亮度平衡的圖像，這樣不會(huì)讓人在感官上有突兀的感覺。

（二）運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)是依據(jù)輸入信號(hào)的幀頻，利用插幀技術(shù)通過一定的數(shù)字核心算法，在兩個(gè)相鄰的視頻幀之間再插入一幀或多幀，有效消除圖像解碼處理后出現(xiàn)的停頓、鋸齒及拖尾現(xiàn)象，從而使整個(gè)畫面更加平滑、流暢。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法能夠有效偵測(cè)原始圖像的幀率，通過預(yù)存幀來偵測(cè)到動(dòng)態(tài)幀率值，根據(jù)原始幀率和目標(biāo)幀率制定插幀原則，同時(shí)根據(jù)預(yù)存的數(shù)幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方向矢量估算，從而實(shí)時(shí)的計(jì)算出整個(gè)視頻幀中物體移動(dòng)的速度和方向，然后通過插幀補(bǔ)償算法計(jì)算出所要插入幀的數(shù)據(jù)。效果如下圖所示。

圖2-3運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償效果對(duì)比圖

任意幀率插幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠支持最高1080P、WUXGA分辨率以及不同的刷新率，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法利用了n2m™任意幀轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠把任意頻率的幀頻調(diào)整為60Hz,這樣對(duì)處理網(wǎng)絡(luò)視頻采集過來易丟幀的圖像有了更好的適應(yīng)性，而且對(duì)高清畫面的支持也達(dá)到了很好的處理效果。

三．   透霧低照度及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償監(jiān)視器在高速公路上的應(yīng)用

（一） 透霧功能監(jiān)視器在高速公路上的應(yīng)用

霧天對(duì)高速公路的正常行車會(huì)帶來很大的危害，由于在霧天中人的可視距離有限，在行車過程中很容易造成交通事故。傳統(tǒng)的解決方案是采用透霧攝像機(jī)，也就是在攝像機(jī)中做透霧處理然后將處理后的畫面送入高速公路監(jiān)控中心的顯示終端。但是透霧攝像機(jī)在實(shí)施性上不是很好，而且處理效果也打不到很好的除霧效果。如果我們將處理放到顯示后端的監(jiān)視器上來實(shí)現(xiàn)就很容易解決上面遇到的問題。根據(jù)前面的介紹，前端視頻信號(hào)直接通過監(jiān)視器的透霧處理芯片的處理后，相當(dāng)于給每一臺(tái)攝像機(jī)安裝上了透霧處理芯片。

（二） 低照度功能監(jiān)視器在高速公路上的應(yīng)用

對(duì)于夜間低照度監(jiān)控在目前的解決方案中一般采用低照度攝像機(jī)或主動(dòng)與被動(dòng)紅外技術(shù)，不過通常采用的是紅外攝像技術(shù)。所有的紅外技術(shù)是根據(jù)一條物理定律，所有絕對(duì)零度以上的物體都有紅外輻射，利用這個(gè)原理紅外攝像技術(shù)是通過捕捉紅光后處理成像。雖然紅外技術(shù)能夠在照度非常低的情況下對(duì)畫面進(jìn)行還原，但是圖像的還原性不高畫面類似于高曝光的成像畫面。

在微光監(jiān)控條件下，低照度功能監(jiān)視器有更好的適應(yīng)性。低照度功能監(jiān)視器在高速公路上主要是對(duì)收費(fèi)站車道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭等進(jìn)行監(jiān)控。在微光下通過普通監(jiān)視器會(huì)看不清車牌等車輛信息，但經(jīng)過低照度處理后會(huì)將強(qiáng)光減弱微光增加照度，處理后的圖像會(huì)變得柔和逼真，在監(jiān)控中對(duì)可疑車輛、超速闖關(guān)等危險(xiǎn)車輛能夠得到有效監(jiān)管。

（三） 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償功能監(jiān)視器在高速公路上的應(yīng)用

在高速公路的監(jiān)控中很容易在監(jiān)視器上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)物體拖尾或不連貫的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象，一方面是在拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)由于攝像機(jī)工作周期中會(huì)有一定的間隔，所以采集到的畫面是不連貫的，由于人眼的視覺暫留，如果這個(gè)間隔不是很大的話人眼是感覺不到的，不過這種拖尾效果還是很容易發(fā)生的；另一方面，高速監(jiān)控所使用的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在網(wǎng)絡(luò)解碼方面也會(huì)有一定的丟幀，這樣也會(huì)產(chǎn)生視頻的停頓和拖尾。為了還原畫面的真實(shí)性，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償監(jiān)視器的差幀補(bǔ)償技術(shù)將會(huì)對(duì)畫質(zhì)的改善起到很好的還原效果。

（四） 三大功能監(jiān)視器在高速公路上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

n  高清化

高清安防是安防業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在高速公路上監(jiān)控圖像質(zhì)量要達(dá)到很高的要求，透霧、低照度和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償芯片是作為一個(gè)硬件模塊安裝在創(chuàng)維高清監(jiān)視器上的，芯片能夠處理目前顯示領(lǐng)域里的1080P最高分辨率的圖像，在圖像處理質(zhì)量上有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

n  還原性

監(jiān)視器的還原性是衡量監(jiān)視器處理圖像能力的一個(gè)重要指標(biāo)，所謂的還原性是指還原真實(shí)畫面效果的一種處理能力。透霧、低照度和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償監(jiān)視器中所采用的處理芯片是根據(jù)視網(wǎng)膜虹膜模擬算法，加上局部圖像特征識(shí)別技術(shù)開發(fā)推出的，在還原性上有很大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)。

n  兼容性

在安防監(jiān)控中需要攝像機(jī)和監(jiān)視器的配合工作，在傳統(tǒng)的安防監(jiān)控中監(jiān)視器只是做單純的顯示處理，而把功能處理放到了攝像機(jī)中，這樣在需要用到這三種功能的時(shí)候就要對(duì)原有的沒有特種功能的攝像機(jī)進(jìn)行更換。將處理功能放到了監(jiān)視器中就解決了這種問題，運(yùn)用起來非常的靈活。

四．   結(jié)語

高速公路的建設(shè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)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個(gè)企業(yè)的研發(fā)實(shí)力，正是考慮到這一點(diǎn)，很多企業(yè)也在高速公路的相關(guān)應(yīng)用上投入的大量的時(shí)間和資金來開發(fā)相關(guān)項(xiàng)目產(chǎn)品，正是在這樣的競爭壓力下，為了應(yīng)對(duì)特殊的高速監(jiān)控環(huán)境，我司推出的三大功能型監(jiān)視器將會(huì)在高速公路的建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。