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透雾摄像机的市场现状与发展前景

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  近年来,随着终端用户对图像质量越来越高要求,摄像机市场已经从过去的同质化低端恶性竞争,逐步走向差异化,个性化的发展道路。细分市场出现了超低照度摄像机、超宽动态摄像机、车牌摄像机和透雾摄像机等应对不同领域终端用户的专业产品。其中又以透雾摄像机的技术含量最高,利润空间最大。但普通厂商因为研发能力不足,或缺乏资金等原因无法渗透此细分市场,目前全球只有少数几个专业厂商涉足该领域。

  一、透雾摄像机的历史渊源

  透雾摄像机是近年来才发展起来的一个专业摄像机,最早的透雾系统只有电子部分,准确讲是图像优化处理系统,主要由后端PC对模糊的图像进行有限的优化处理,再现现场画面。随着DSP技术的发展,人们又把以前在PC上的图像优化系统做成单一的运行程序固化到DSP芯片上,这就是所谓的数字透雾了,因为单纯的数字透雾不会改变色彩,也叫彩色透雾。这是透雾摄像机的萌芽,但这时的摄像机对图像的改善是非常有限。后来随着对光学系统的不断探索,科学家发现不同波长的光在雾中的穿透能力不同,研究人员把这个特性应用到镜头上,通过有选择性的让某些特殊波段的光透过,得到了比普通镜头更好的成像质量,于是透雾镜头诞生了,但透雾镜头的价格很高,为了降低成本,研究人员把这个光学系统移植到摄像机上,从此,普通的非透雾镜头只要搭配透雾摄像机使用也可以达到不错的成像质量,这就是普通透雾摄像机的由来。但此时,透雾摄像机相对普通摄像机仍是非常昂贵,同时操作的不便利让普通用户望而却步,从此透雾摄像机发展遭遇瓶颈,停滞不前。直到后面推出全自动智能透雾技术才打破闷局,开始将透雾系统普及化。

  二、摄像机透雾技术的市场现状

  目前,摄像机透雾技术主要有物理透雾(光学透雾)和数字透雾两种。

  过去CCTV镜头还处于300mm以下阶段时,观测距离一般限定在1公里以内,这种应用对天气能见度的要求比较低,但是焦距已经发展到750mm的今天,雾天对监控图像的影响就不得不引起重视了。有大雾天气时,摄像机透过云雾、水气拍摄物体,相当于通过了两重透镜(水珠与实际透镜),除了R光线可以正确聚焦在CCD成像面上,RGB光线中的GB均无法正常的投射在CCD成像面上,这样就造成了普通模式镜头无法正常、清晰的得到云雾、水气中的图像。这种情况尤其在高速公路、森林防火、油田监控和离海面较近的港口码头等远距离监控中尤为重要,使24小时不间断监控面临新的挑战。

  针对这种情况,少数有设计、研发能力的厂商经过努力开发出了具有透雾功能的镜头,并成功实现了成品上市。这种技术的出现,大大拓宽了视频监控的应用范围。

  物理透雾(光学透雾)主要是运用红外技术,透雾效果相对来说要好一些。在不可见光的范围内,有一频率的光可以穿透雾气,但是由于其波长不同,所以需要在摄像机上进行处理,以达到对其聚焦的目的。同时还需要对摄像机上进行重新设计,用来将这一频率的不可见光进行成像,由于这个不可见光没有对应的可见光色彩图,所以呈现的图像为黑白颜色。物理透雾主要由镜头实现,高清透雾镜头一般在大电动变倍镜头上才能实现,价格昂贵,大多应用于港口、森林高点等场景。

  然而,透雾摄像机的透雾效果易受外部环境的影响。如果是在一个稳定的雾霾环境下,用手工调节透雾摄像机可以调出很好的效果,但环境一有改变,效果就很可能会随之发生变化。比如说当雾霾的厚度和环境的亮度发生改变时,目前的透雾摄像机尚不能自动调节以适应当时的环境。所以,总体来说,透雾只是辅助功能,而不是主要功能。再者,在目前市场上,透雾功能很好的摄像机价格比较昂贵,因为透雾镜头一般是指长焦距镜头,其镜片材质、研磨工艺要求均高于普通镜头,再加上要配以其他的光学器材,其价格居高不下。

  虽然光学透雾的效果较好,但由于不能保留色彩信息,无法满足城市监控对细节的要求,故较少应用于城市监控之中。数字透雾是在摄像机ISP或者后端软件上可实现,基于人类视觉感知模型设计的后端图像复原技术,以低成本、易部署等特点,广泛应用于城市监控中。目前城市监控中主要是用数字图像信号处理技术,就像PS一样对监控画面进行修复。

  目前市场上的数字透雾处理技术已相对较成熟,可充分发挥全局图像增强算法和局部增强算法的优势。使图像细节和噪声抑制达到平衡,在保证透雾图像细节得到增强和还原的同时,有效抑制传统算法引入的画面噪声和块状效应。在雾霾天气应用时,彩色可视距离超过肉眼两倍以上,有效提高了在雾霾天气中应用的图像效果。

  但是由于透雾摄像机多是用数字处理技术将图像里面隐含的信息提取出来。如果雾太浓了,远方的信息无法采集到,那么相应的信息也就无法提取了,所以,在雾或雾霾太浓的环境中,透雾摄像机的透雾功能也是有限的,近年来,安防厂商也陆续提出基于图像增强的透雾技术,大部分采用全局直方图均衡化的方法,该算法简单,具有一定的视觉效果。也有些厂商在此基础上提出基于大气模型对不同景深进行区域滤波的方法,但是这种方案需要对雾气浓度和景深进行估计,算法易用性差,且透雾图像存在噪声和块状效应,实际效果并不理想。

  可见光的衰减是有传递函数的,通过一定的计算公式(即逆向算法)可以实现画面的还原,虽然还原出来的画面跟原来的有一定差异,但可以提高视距。通过逆向算法实现的透雾效果虽略低于光学透雾,但在薄雾的情况下可达到透雾、色彩兼得的效果,相对来说更适用于空气污染较轻的城市监控。日立现在做的彩色透雾摄像机可以达到这一效果,因为日立的透雾摄像机中搭载了专门用来处理图像的DSP,可以使图像更有通透感。一般的摄像机在普通模式下看就是灰茫茫的一片,但是日立的透雾摄像机即使是在普通模式下,通透感也是比较好的。

  有业内人士表示,目前市场上还有少数厂商在不具备生产透雾镜头产品能力的情况下,使用普通的产品充当透雾镜头来销售,宣称具有透雾功能,是极不负责任的行为。当然,这些产品在实际测试中无法蒙混过关,最终摆脱不了被淘汰的命运。

  三、透雾摄像机的发展前景

  透雾摄像机遵循安防市场的发展,在各个领域都将起到不可小觑的作用。尽管它的用途相对特殊,一般应用在森林等空旷地区,但由于近期天气变化无常,雾霾持续时间增长、分布范围扩大,目前在城市道路中使用也不足为奇。在森林防火、海事等领域的需求量增幅较大。随着我国平安城市建设力度的不断加大,在城镇道路、车载透雾、城镇取水口等地方也有广泛的应用。再加上用户对监控需求的不断提升,透雾摄像机的市场规模也在不断扩大。按照目前测算的结果,透雾摄像机每年会有超过10万台以上的市场需求。

  就目前的形势来看,在与雾霾的长期斗争中,透雾摄像机任重而道远。目前就有许多安防企业纷纷推出透雾摄像机,尽管市场应用需求不尽相同,但是整体结构和实现的功能大致相同。相信随着摄像机透雾技术的不断完善,视频监控将能在雾霾笼罩的天气下正常工作,为维护社会稳定发挥关键作用。

  根据透雾摄像机现在的技术现状,其未来的发展主要是以下几个领域:

  (一)透雾成像质量的进一步提升:现在的透雾摄像机还只能穿透薄雾,对浓雾及厚的云层仍然无法穿透,随着技术的进步,新的算法、新的零部件将带来性能的进一步提升。

  (二)透雾摄像机市场的细分:未来应对不同的客户将会有不同的特殊透雾摄像机,比如应用在快球上的一体化透雾摄像机(可大大降低快球表面清洁的维护量)、高清透雾摄像机、微型透雾摄像机等。透雾摄像机的家族成员将会越来越多。

  (三)应用普及化:随着成本的不断降低,民用市场将被开启,那时透雾摄像机市场将迎来更大的增长。来源:中国安防行业网

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