一．   引言

自1988年中國(guó)第一條高速公路“滬嘉高速”建成通車以來(lái)，中國(guó)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(guó)高速公路總里程達(dá)到7.41萬(wàn)公里，躍居世界排名第二。中國(guó)并計(jì)劃將人口總數(shù)在20萬(wàn)以上的城鄉(xiāng)之間建設(shè)高速公路，這樣在中國(guó)，一個(gè)人駕車從中國(guó)最北端到中國(guó)最南端或者從中國(guó)最西部到中國(guó)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(guó)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(lái)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(lái)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(lái)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(jué)模糊現(xiàn)象。在光的顏色分部中，紅色光處于長(zhǎng)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(kāi)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(guò)來(lái)的圖像由于其光亮度低于一定的值，而使得通過(guò)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(guò)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(guò)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(jué)感知的特點(diǎn)；另外，處理過(guò)程修復(fù)了過(guò)亮或過(guò)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(jué)。

（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(guò)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(guò)預(yù)存幀來(lái)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(guò)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(guò)來(lái)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(lái)很大的危害，由于在霧天中人的可視距離有限，在行車過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)就很容易解決上面遇到的問(wèn)題。根據(jù)前面的介紹，前端視頻信號(hào)直接通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)普通監(jiān)視器會(huì)看不清車牌等車輛信息，但經(jīng)過(guò)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(jué)暫留，如果這個(gè)間隔不是很大的話人眼是感覺(jué)不到的，不過(guò)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(kāi)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(méi)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(wèn)題，運(yùn)用起來(lái)非常的靈活。

四．   結(jié)語(yǔ)

高速公路的建設(shè)是一個(gè)國(guó)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(lái)開(kāi)發(fā)相關(guān)項(xiàng)目產(chǎn)品，正是在這樣的競(jìng)爭(zhēng)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。