镜头之透雾应用全解
时间：2016-08-24 16:00 浏览：载入中...
随着近几年环境的变化，极端天气也不断增多，全球各地都有出现长时间大雾笼罩的天气。大雾给人们出行造成了诸多不便，行车安全系数也大打折扣。本文为您解析如何利用部分光线来实现透雾监控。
一、透雾现状和前景概述
1、在舰、船、飞机等上，观瞄系统对感知其周围的态势有着非常重要的作用，观瞄系统一般由CCD摄像机和红外成像系统组成。雾、水气、雨雪等恶劣海洋气象环境会严重影响CCD和红外成像系统的图像质量，主要表现在图像对比度下降，远处目标模糊不清，难以分辨。从而影响对周围态势的感知能力。
2、海洋的环境极为恶劣，雾、雨、水气等天气是常见的，而观瞄系统需要有能力对远距离的、微小的、高速移动的目标进行及时的观察。如果不能及时发现目标，就可能使己方处于被动状态。因此装备这种视频增透设备，对提升观瞄系统的观察能力是非常必要的。
3、在交通监控中，森林防火等应用中，随着用户对特殊天气成像要求的提高，人们也不断对这些领域做了相关视频透雾的应用与研究，现已大量部署到了相关视频监控领域。
可见，在野外跟视频相关的应用中，很多环境对透雾功能还是有很大的实际意义与需求的，应用前景广阔。
二、透雾原理分析
目前监控市场上的透雾主要有两种：一种是算法透雾、另一种是光学透雾。而算法透雾，又称为视频增透技术，俗称数字透雾。目前主要的算法有以下三种：
1、FPGA成像方法以及直方图均衡化算法
根据日立公司的薛总工程师介绍，日立透雾摄像机采用DSP处理的同时，还启用了FPGA的红外实时透雾成像方法：FPGA成像方法针对雾天图像的退化现象，采用近红外波段成像和视频图像处理技术相结合的方式。根据视频图像相邻两场画面相似的一系列特点， 提出了用改进的直方图均衡化算法的方式图像质量。
改进过的算法不仅可以提高画面清晰度，还可以简化系统结构，节约存储器部分硬件资源。实验表明，采用FPGA成像方法，在增强雾天图像的同时满足标准视频图像处理25frame/s的实时性要求，结合近红外波段透雾能力使雾天图像能见距离提高1.5倍以上。并且可以生成彩色画面。
2、视频增强算法(Retinex算法)
Retinex算法是基于人类视觉系统感知和调节物体颜色和亮度的模型，这个模型解释了一般颜色理论无法解释的人眼对颜色的波长与亮度不是特别对应的现象。Land通过大量的实验证明我提的表面颜色不会因为光照条件的变化而改变即颜色恒常性。简单来说颜色恒常就是说无论是在正午的阳光下、白炽灯下，还是在阴暗的光照条件下，人类感觉到的同样物体颜色是一致的。正因如此，在进行图像操作时应当去除光照强度，照射不均等一些不确定和非本质的影响，只保留物体本质的反射性质如反射率等信息。基于这种方法处理的图像可以使图像在边缘锐化、动态范围压缩和颜色的恒定方面都有很好的效果，Retinex理论的基本思想就是将原始图像看成是由照射图像和物体反射属性组成，照射光图像直接决定一幅图像中像素能够达到的动态范围，物体反射属性决定了图像的内在性质，因此，在原始图像中去除或降低照射图像的影响从而保留本质的反射属性是Retinex理论的基本思想。与其它图像增强方法相比，Retinex算法具有锐化、颜色恒常性、动态范围压缩大、色彩逼真度高等特点。
3、影像信号处理器(LSP)
在视频采集过程中，前端所要求的是把CCD或CMOS感光传感器所采集的影像经过视频接口采集，然后通过ISP进行成像处理，其中需要有“自动曝光(AE)”、“自动白平衡(AWB)”和“自动聚焦(AF)”处理，统称为(3A)。那么前端需要有3A柱状图分析，而统计信息则经由ISP中的H3A单元处理；由于考虑到镜头的畸形效果，因此需要LCD处理；为适应成像过程的高速相应，所谓IMCOP的影像性处理器和IPIPE影像流水处理单元也是必不可少的。这三个部分都存在于ISP中，同时集成的还有OSD以支持屏幕图文显示。并不是所有ISP都可以轻易地把人脸检测功能集成进来，而部分企业开发的ISP还有透雾功能，能有效地支持了智能应用。可以清晰还原雾气、阴霾、雨雪、沙尘暴等天气下的图像效果。
下面再来谈谈光学透雾，先从几何光学解释透雾原理：
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