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智能平民化——未来高清前端段新趋势

2012/5/23 14:50:30      点击:


      现今高清监控系统的发展,不仅表现在单个视频的高清上,规模也在不断的扩大,例如普通的平安城市动辄上千路、几千路甚至更多,传统高清摄像机只用来采集,使用中实时监看往往很难有效的“照顾”到所有视频,已经很难满足人们“用好”高清的需求。

  高清网络摄像机发展日新月异,无论图像质量、性能、功能、价格,更新换代的速度越来越快,基本遵循摩尔定律,但万变不离其宗,所有的提升创新均需要围绕人的需求,如果摄像机自身对图像、声音、行为能做出智能判断过滤,既集成智能盒功能又避免平台分析路数少的瓶颈,在成本有效控制的同时更智能,看得清的同时,又能使监控系统变被动为主动。在高清产品同质化严重的今天,哪些技术可以更实在的节省整体方案成本?哪些实用的智能可以更巧妙的融入到前端,给整个方案带有亮点?下面就这两个方面为大家展开分析:

  可以节省成本的技术

  随着编码技术的不断发展,硬件平台性能的不断提升,超低码流,在保证画质的情况下,带宽及存储由原来的1080P实时6M~8M,降低到2M~4M,只占原来的一半甚至四分之一,从根源上降低高清方案的整体成本。目前超低码流已成为多数厂家的标配。

  可伸缩编码(SVC),有效降低网络抖动的影响。在不影响图像质量的情况下,丢弃权重低的帧,抗网络丢包能力更强,网络适应能力更好。在同一时刻,PC可以请求到全帧率的主码流,手持设备可以请求到非实时的主码流;存储端快速回放时,可以跳帧解码,减少网络传输与解码的压力;对同一路码流,可以实时监视,非实时存储,有效节省网络及存储成本。


    感兴趣区域(ROI),提高指定区域视频的画质。相同带宽下,将有限的码流资源集中在用户感兴趣的区域。保证低带宽的情况下,用户感兴趣区域图像得到保证,最大支持4个区域同时设置。有效缓解网络及存储压力。

  走廊模式,满足纵深场景需求应用。特定场景走廊模式,一台设备可以实现两台摄像机的效果,典型的应用场景例如长走廊、公路等。另外诸如三码流、20路同时访问、超低延时等,均对硬件平台性能及ISP处理功底有着较高的要求。

  高清网络摄像机给人们带来更好的视觉体验,同时对安装调试人员也有着更高的要求。自动后调焦功能,集成一键清晰按键并且可通过远程网络控制,可以大大降低调试及后期维护成本。

 实用高效的智能分析

  透雾:当前的视频监控系统对天气条件非常敏感,当遇到雨雾、阴霾等能见度较低的情况时,景物图像严重退化,极大地限制了户外视频监控系统效用的发挥。目前全球气候越来越恶劣,雾霾天气时常出现,透雾功能显的尤为重要,根据雾天成像的散射模型,采用暗通道先验原理,可实现高性能的透雾技术,实现监控系统全天候工作。

  透雾算法原理:

  雾天成像的模型如下图所示:


图1 雾天成像模型

公式表示为:


其中,I (x)是雾霾下图像的色彩值;J (x) t(x)指物体表面光线到达传感器的过程中,由于大气微颗粒的散射而产生衰减,衰减后剩余部分;A(1-t(x))指环境光线因大气微颗粒反射而进入传感器成像。

  暗通道先验原理,绝大多数的无雾图像,其每个局部区域都会存在至少一个颜色通道的强度值很低的像素,根据这个原理,定义图像暗通道J dark为:



 Jc代表J的某一个颜色通道,而Ω(x)是以x为中心的一个方形区域。

  对公式(1)做变形,得到


 代入公式(2)Jdark可进一步求得透射率t:

  t = 1 – Jdark/Ac

  根据得到的J dark和原图像,通过对图像亮度值的统计计算,求得大气光强A。

  得到大气光强A和透射率t之后,通过对雾天成像模型的逆推,便可求出透雾后的图像:


该算法特色:

  1,大气光强采用更稳定的统计方法,使得算法稳定性高,适用各种场景。

  2,色彩还原度好:传统的透雾算法会冲淡图像的色彩,该算法真实还原图像色彩。

  3,通透性好:该算法准确估计图像的雾气浓度,具有很好的通透性。

  4,考虑场景的景深信息,极大程度还原图像的细节:该算法准确估计不同景深物体的雾气浓度,实现准确透雾,保留并凸显原先被雾气隐藏的细节;传统算法可能对近景透雾较好,但远景会残留雾气,当增强透雾等级实现远景透雾时,近景则会损失细节。

  5,传统方法为提高图像对比度,会出现局部过曝或过暗的情况,损害图像质量;此算法不会丢失细节。

  6,实现智能自动透雾:可自己判断是否为雾天天气,选择开启或者关闭透雾功能。

  技术突破:

  1,本算法透雾能力更强,还原度好,相比单幅图像去雾,算法复杂度非常更高,针对这种情况,需要进行一系列的改进优化,达到实时透雾。

  2,考虑到帧与帧之间的关联性,通过对算法的改进控制,实现平滑过度,避免闪烁现象。

  3,开发智能自动透雾功能,算法可自行判断是否为雾天天气,选择开启或者关闭透雾功能,极大地方便用户使用。



 安装在路边立标上的摄像机,遇到重型车经过或大风天气,难免出现图像抖动,此时视频防抖技术即可派上大用场。通过估计当前帧的运动矢量,然后根据估计的运动矢量对当前帧进行运动补偿,从而达到稳定图像序列的目的。可以有效降低甚至消除图像抖动。

  人脸侦测,当有人脸出现在监控区域内,将自动捕获其最清晰的面部图片,并做优化增强,用于查询和取证。另外虚焦、场景变换、遮挡等均可第一时间发出告警信息,有效避免无用录像。

  声音异常侦测。诸如无声侦测,无音源输入、静音可以产生报警;环境噪声过滤,降低公共场所噪声输入;音频突变侦测,例如尖叫、突发大分贝噪声均可产生报警。适用于有音频需求的场所。

  通用的行为分析,例如绊线入侵,翻越围栏,区域入侵,物品遗留/消失,非法停车,快速奔跑等等,所有智能功能均由前端摄像机设置完成。

  2010年是公认的“高清元年”,大华高清网络摄像经过2009年到2011年不断革新积累,完成全系列高清网络摄像机的发布,为2012年高清网络摄像机的井喷奠定了基础。2013年初推出新一代超低码流、超低照度、超低功耗的“绿色高清IPC”,引起业内低码流的潮流,同时为进一步扩大市场占比做出巨大贡献。2014年推出的新一代多功能Smart IPC高清网络摄像机,则凝聚了大华十余年在智能化、光学、图像、网络高清应用等方面的核心技术,取代了传统IPC+智能盒组合方式,无论外观、做工、内部结构、散热设计等都达到了业内一流水准,为摄像机工作的可靠性,提供了“硬环境”,必将加速监控市场由高清化向智能化应用的过渡,继续引领行业潮流。

【作者单位:浙江大华技术股份有限公司】