监控视频中的图像预处理技术

　　4. 特殊场合的预处理

　　视频监控的应用范围广阔，在图像采集时人为干预的极少。因此，各种环境的影响，监控目标的影响以及人为因素的影响都不可避免。面对种种不利的特殊场合，按照标准执行的压缩处理是无能为力的。为了提高种类期刊下监控视频的质量，采用视频预处理就显得格外重要。近年来在如下的几个方面的研究和开发都取得了可喜的进展。

　　4.1 雨雾图像处理

　　在雾天、雨天或者烟霾不散的情况下，由于场景的能见度降低，图像中目标对比度和颜色等特征被衰减，致使室外视频系统的图像模糊不清，影响正常工作，因此需要在视频编码前消除雨水、雾霾对场景图像的影响。

　　以雾气消除为例，目前的图像处理方法主要分为两类：雾天图像增强和雾天图像复原。雾天图像增强方法不考虑图像降质原因，方法简单，能有效地提高雾天图像的对比度，突出图像的细节，改善图像的视觉效果，但可能会造成一定的信息损失。　　雾天图像复原针对雾天图像质量退化的机理，建立雾气图像退化模型，然后用图像复原的方法，对雾天退化图像进行复原，补偿退化过程造成的失真，获得对无雾图像的最优估计，从而改善雾天图像质量。这种方法针对性强，得到的去雾效果自然，信息损失小，处理的关键是模型中参数的估计。

　　4.2 暗光图像处理

　　在夜晚或光线不足的情况下，监控摄像很难捕获到清晰亮丽的图像，给道视频监控带来很大困难。因此，暗光图像增强的技术具有很强的现实意义。普通的图像增强算法对暗光图像处理只是作全局或局部的对比度拉伸，作用有限，不易实现图像的动态增强与色度保持。近年来的Retinex 算法对暗光图像的处理取得了良好的效果，增强了暗光图像的对比度，较好地保持了图像的色度。

　　Retinex算法在研究人的颜色视觉理论和视网膜皮层理论的基础上，提出一种关于人类视觉系统如何调节感知到物体颜色和亮度的模型。在这一模型中，图像由两部分组成，一部分是场景中物体的光照亮度，对应于图像的低频部分，另一部分是场景中物体的反射亮度，对应于图像的高频部分，通常它们也被称为亮度图像和反射图像。因此Retinex算法从给定的图像中分离出亮度图像和反射图像，在彩色恒定的条件下，通过改变亮度图像和反射图像在原图像中的比例来达到增强暗光图像的目的。

　　4.3 自动曝光和聚焦

　　(1)自动曝光

　　CMOS之类的传感器只有获得正确的曝光量，才能得到高质量的图像。曝光过度，图像看起来太亮;曝光不足，则图像看起来太暗。到达传感器的光通量的大小主要由两方面因素决定：曝光时间的长短以及光圈的大小。利用光圈进行自动曝光，主要根据所拍摄的场景来控制光圈大小，使得进光量维持在一定范围内，成本比较高。现在市场所见的中低端摄像头采用的主流技术通过调整曝光时间来实现自动曝光。在研究了大量不同光照条件的图像实例基础上，获得不同光照条件下的亮度与曝光值之间的关系，自动曝光的预处理正是根据这一关系来进行曝光控制的。

　　(2)自动聚焦

　　聚焦的好坏直接影响摄像机捕获的视频图像的清晰度，因此监控系统要求摄像机具有自动聚焦的功能，调整镜头的焦距使其焦点位于感光面上，从而获得清晰的图像。自动聚焦的方法可以分为三大类：一类是基于镜头与被摄目标之间距离测量的测距方法，另一类是基于聚焦屏上成像清晰的聚焦检测方法，第三类是基于数字图像处理的自动聚焦方法，这是最适宜于监控系统的一种方法。

　　基于数字图像处理的自动聚焦方法对采集的每一帧图像进行实时处理，通过判断聚焦是否准确、成像是否清晰给出反馈信号控制镜头的运行，直到采集的图像符合使用要求，即完成自动聚焦。这种方法的特点是聚焦更加智能化、聚焦判据更加灵活，方便聚焦控制的执行，从而避开复杂的对焦电路和机构。

　　4.4 背光补偿

　　在视频采集过程中，如果场景中的目标遮挡住了光源，那么感兴趣目标表面不能够接收到足够光强，导致的感兴趣区域的亮度比较暗，看不清细节，这就是所谓的背光现象。很明显，背光补偿处理的目的在于提高感兴趣区域的亮度，适当的对比度，同时保证整幅图像的自然性和平滑性。背光补偿的一实例如图4所示。对于视频序列，在保证单帧图像补偿效果的同时，还要保证补偿后视频序列亮度的连续性，避免闪烁现象的发生。

　　除了上面介绍的几种特殊的预处理方法外，还有多种其它的预处理方法。例如感兴趣区域的处理，这种方法首先找出图像中感兴趣区域，对此处进行增强处理，以专注于提高感兴趣目标的图像质量。再如自动锁定动态目标的处理，和感兴趣区域处理类似，首先检测出动态目标，对该目标进行跟踪和增析处理。

　　5. 小结

　　视频监控系统增加了预处理环节，一则可以提高解码图像质量，尤其是某些不利条件下的视频质量;二则可以提高视频编码的效率，减少传输视频的质量波动。其实，提高编码效率和改进码率控制，其结果仍然是提高了解码视频的质量。近年来，业界对视频预处理愈加重视，各种预处理的方法层出不穷，取得了显著的进展。但是，由于种种因素的限制，预处理的效果还不能够令人满意，还有诸多的问题需要在今后的研究和开发中逐步解决。未来，如何提高视频监控的图像效果，是否能找到除了预处理之外的有效图像处理方法，将是促使视频图像效果改善的一大重点，让我们拭目以待。

　　【本文作者：迅通顾问 朱秀昌】

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