宇视科技

宇视电子 + 光学双透雾对抗

陈乾

2015年3月初，央视原著名节目主持人柴静的纪录片《穹顶之下》一夜之间在各大网站转载，对抗雾霾似乎成了一场全民对抗的战争，而雾霾一词再次成了各大新闻媒体的头条。记得2013 年，“雾霾”成为年度关键词。这一年的1 月，4 次雾霾过程笼罩30个省（区、市），在北京，仅有5 天不是雾霾天。

雾霾天气中如何能通过视频监控仍然能得到清晰的监控画面，这对于安防厂商来说是一个考验，然而人类从来不缺乏对抗恶劣天气的智慧，透雾方案由来已久。早期在森林、港口、码头等区域，在清晨或傍晚容易形成雾气，普通摄像机一般都配有专门的透雾镜头来实现透雾，这种方案已经比较成熟，但并未在如今的雾霾环境中得到大范围应用，主要原因是镜头的高成本让很多用户望而却步；而现在的透雾摄像机，自身集成透雾功能，即使是在雾霾天气中，不需要其他设备配合，依然能够穿透雾霾干扰，让摄像机获得良好的监控效果，不会影响监控距离和图像清晰度，所以其应用领域越来越广。一般而言，透雾摄像机采用的技术分为电子透雾（亦称数字透雾）和光学透雾（亦称物理透雾）两种。

雾霾对摄像机成像影响示意图

彰显人类智慧：透雾技术分析

电子透雾是基于人类视觉感知模型设计的后端图像复原技术，通过ISP 算法来修复画面、消除雾感，达到画面更通透的视觉效果；光学透雾利用近红外光成像，由于近红外光波长较长，在传播时受大气粒子干扰较小，能穿透雾霾，从而呈现清晰的图像细节。
那么电子透雾和光学透雾这两者之间又有什么区别，各有什么优劣势呢？

电子透雾

电子透雾采用的是可见光成像，并通过ISP 算法来修复画面，目前ISP 算法主要分为两大类：图像增强透雾技术和图像复原透雾技术。图像增强透雾技术不考虑图像降质原因，适用范围广，能有效地提高雾天图像的对比度，改善图像的视觉效果，但会产生更多的噪声，甚至造成更多图像细节的损失。图像复原透雾技术是研究雾天图像降质的物理过程，并建立退化模型，反演退化过程，补偿退化过程造成的失真，以便获得原始图像的最优估计值，从而改善图像质量，这种方法针对性强，得到的去雾效果自然，处理的关键点及难点是模型中参数的估计。

从电子透雾的算法解释中可以看出其优势在于：1、画面色彩得以保留，2、不会增加额外硬件成本。但电子透雾的劣势也很明显，首先由于可见光穿透能力弱，在遇到水汽、灰尘阻隔时会造成较大的散射，导致部分信息丢失，此时即使通过算法修复画面、消除雾感，也无法对丢失的信息“从无到有”进行恢复；此外，电子透雾基于不同的算法透雾效果各有不同，简单的算法在图像还原效果上有局限性，而复杂的算法对硬件性能提出了更高的要求，而且就目前的图像还原技术整体水平而言，电子透雾只能应用在一般的雾气环境中，一旦雾霾浓度提升，电子透雾的效果就会大大降低。

光学透雾

自然光由波长不同的光波组合而成，人眼可见范围大致为390nm-780nm，称为可见光，而波长小于390nm 的叫做紫外光，波长大于780nm 的叫做红外光。不同波段的光因为波长的不同具有不同的特性，一般红外光由于拥有较长的波长，在传播时受大气粒子干扰影响较小，可穿透一定浓度的雾霾烟尘，摄像机可以利用这部分光线来实现穿透雾霾的监控。这就是光学透雾的原理。

从原理可知光学透雾的优势在于红外光穿透能力强，不会损失监控主体的细节，图像更清晰。但其劣势也存在：1、由于红外光没有对应的可见光色彩图，所以在监视器上呈现的图像为黑白颜色，所以不适用于必须需要彩色图像的场所；2、光学透雾的重点在于截取近红外光成像，而这部分工作大都由镜头完成，而透雾镜头价格昂贵，过高的成本大大限制了光学透雾在实际项目中的大规模应用。

解决普通透雾技术不足：宇视全新双透雾技术

为解决普通透雾技术的不足，宇视通过对各种波段光线透雾性能的细致研究，并分析在不同浓度雾霾下测试采集的大量试验数据，最终结合监控透雾应用需求，宇视全新研制出内置光学透雾+ 电子透雾的双透雾功能网络摄像机HIC5600 系列。

在近距离或一般雾气环境中，该系列摄像机通过开启电子透雾消除雾感，获得清晰、通透的彩色图像；一旦雾霾影响严重时，开启光学透雾，即使只配备了普通镜头，依然能实现清晰的光学透雾效果，不会丢失任何细节，并且由于内置光学透雾组件，相较于传统的光学透雾镜头方案大大降低了成本，可以在平安城市等行业中大规模推广应用。由于可见光和红外光聚焦面不一致，所以该系列透雾摄像机还内置了自动后焦（ABF）装置，在模式切换后自动触发，以获得最为清晰的图像。

未来发展：光学透雾技术将持续发酵

在实际应用中，电子透雾作为一种ISP 图像还原技术，其致命缺陷在于雾霾严重时无法还原丢失的信息，这是其成像原理决定的，即使图像还原算法再先进，也无法改善。而光学透雾一直以来在森林防火、海事、边防中有应用，具有较长的实际应用历史，其效果得到用户的认可，只是受限于高昂的成本而无法在其他通用行业中大规模推广，随着新技术的产生，成本问题得到解决，相信其在各行业中的应用前景将会越来越大。

以城市监控为例，城市中雾霾越来越严重，对监控的考验也越来越大。一般路面上布设的治安监控摄像机安装高度为5-20米左右，一般需要覆盖30-100 米左右距离，而城市中还有一类制高点监控摄像机，安装在距离地面50 ～ 100 米，乃至100 米以上的位置，利用其足够的高度，避免周边建筑物的遮挡，实现方圆一公里到十几公里范围的视频图像监控，这一类摄像机往往由于雾霾干扰而大大降低覆盖范围，所以需要光学透雾技术支持。

而提升光学透雾效果除了摄像机自身图像处理能力的进一步提升，镜头、视窗等配套成像系统也应该对红外光具有更高的透过率，因此配套系统的完善乃至sensor 的进一步升级是光学透雾未来努力的方向。