陳乾

2015年3月初，央視原著名節目主持人柴靜的紀錄片《穹頂之下》一夜之間在各大網站轉載，對抗霧霾似乎成了一場全民對抗的戰爭，而霧霾一詞再次成了各大新聞媒體的頭條。記得2013 年，“霧霾”成為年度關鍵詞。這一年的1 月，4 次霧霾過程籠罩30個省（區、市），在北京，僅有5 天不是霧霾天。

霧霾天氣中如何能通過視頻監控仍然能得到清晰的監控畫面，這對于安防廠商來說是一個考驗，然而人類從來不缺乏對抗惡劣天氣的智慧，透霧方案由來已久。早期在森林、港口、碼頭等區域，在清晨或傍晚容易形成霧氣，普通攝像機一般都配有專門的透霧鏡頭來實現透霧，這種方案已經比較成熟，但并未在如今的霧霾環境中得到大范圍應用，主要原因是鏡頭的高成本讓很多用戶望而卻步；而現在的透霧攝像機，自身集成透霧功能，即使是在霧霾天氣中，不需要其他設備配合，依然能夠穿透霧霾干擾，讓攝像機獲得良好的監控效果，不會影響監控距離和圖像清晰度，所以其應用領域越來越廣。一般而言，透霧攝像機采用的技術分為電子透霧（亦稱數字透霧）和光學透霧（亦稱物理透霧）兩種。

霧霾對攝像機成像影響示意圖

彰顯人類智慧：透霧技術分析

電子透霧是基于人類視覺感知模型設計的后端圖像復原技術，通過ISP 算法來修復畫面、消除霧感，達到畫面更通透的視覺效果；光學透霧利用近紅外光成像，由于近紅外光波長較長，在傳播時受大氣粒子干擾較小，能穿透霧霾，從而呈現清晰的圖像細節。
那么電子透霧和光學透霧這兩者之間又有什么區別，各有什么優劣勢呢？

電子透霧

電子透霧采用的是可見光成像，并通過ISP 算法來修復畫面，目前ISP 算法主要分為兩大類：圖像增強透霧技術和圖像復原透霧技術。圖像增強透霧技術不考慮圖像降質原因，適用范圍廣，能有效地提高霧天圖像的對比度，改善圖像的視覺效果，但會產生更多的噪聲，甚至造成更多圖像細節的損失。圖像復原透霧技術是研究霧天圖像降質的物理過程，并建立退化模型，反演退化過程，補償退化過程造成的失真，以便獲得原始圖像的最優估計值，從而改善圖像質量，這種方法針對性強，得到的去霧效果自然，處理的關鍵點及難點是模型中參數的估計。

從電子透霧的算法解釋中可以看出其優勢在于：1、畫面色彩得以保留，2、不會增加額外硬件成本。但電子透霧的劣勢也很明顯，首先由于可見光穿透能力弱，在遇到水汽、灰塵阻隔時會造成較大的散射，導致部分信息丟失，此時即使通過算法修復畫面、消除霧感，也無法對丟失的信息“從無到有”進行恢復；此外，電子透霧基于不同的算法透霧效果各有不同，簡單的算法在圖像還原效果上有局限性，而復雜的算法對硬件性能提出了更高的要求，而且就目前的圖像還原技術整體水平而言，電子透霧只能應用在一般的霧氣環境中，一旦霧霾濃度提升，電子透霧的效果就會大大降低。

光學透霧

自然光由波長不同的光波組合而成，人眼可見范圍大致為390nm-780nm，稱為可見光，而波長小于390nm 的叫做紫外光，波長大于780nm 的叫做紅外光。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性，一般紅外光由于擁有較長的波長，在傳播時受大氣粒子干擾影響較小，可穿透一定濃度的霧霾煙塵，攝像機可以利用這部分光線來實現穿透霧霾的監控。這就是光學透霧的原理。

從原理可知光學透霧的優勢在于紅外光穿透能力強，不會損失監控主體的細節，圖像更清晰。但其劣勢也存在：1、由于紅外光沒有對應的可見光色彩圖，所以在監視器上呈現的圖像為黑白顏色，所以不適用于必須需要彩色圖像的場所；2、光學透霧的重點在于截取近紅外光成像，而這部分工作大都由鏡頭完成，而透霧鏡頭價格昂貴，過高的成本大大限制了光學透霧在實際項目中的大規模應用。

解決普通透霧技術不足：宇視全新雙透霧技術

為解決普通透霧技術的不足，宇視通過對各種波段光線透霧性能的細致研究，并分析在不同濃度霧霾下測試采集的大量試驗數據，最終結合監控透霧應用需求，宇視全新研制出內置光學透霧+ 電子透霧的雙透霧功能網絡攝像機HIC5600 系列。

在近距離或一般霧氣環境中，該系列攝像機通過開啟電子透霧消除霧感，獲得清晰、通透的彩色圖像；一旦霧霾影響嚴重時，開啟光學透霧，即使只配備了普通鏡頭，依然能實現清晰的光學透霧效果，不會丟失任何細節，并且由于內置光學透霧組件，相較于傳統的光學透霧鏡頭方案大大降低了成本，可以在平安城市等行業中大規模推廣應用。由于可見光和紅外光聚焦面不一致，所以該系列透霧攝像機還內置了自動后焦（ABF）裝置，在模式切換后自動觸發，以獲得最為清晰的圖像。

未來發展：光學透霧技術將持續發酵

在實際應用中，電子透霧作為一種ISP 圖像還原技術，其致命缺陷在于霧霾嚴重時無法還原丟失的信息，這是其成像原理決定的，即使圖像還原算法再先進，也無法改善。而光學透霧一直以來在森林防火、海事、邊防中有應用，具有較長的實際應用歷史，其效果得到用戶的認可，只是受限于高昂的成本而無法在其他通用行業中大規模推廣，隨著新技術的產生，成本問題得到解決，相信其在各行業中的應用前景將會越來越大。

以城市監控為例，城市中霧霾越來越嚴重，對監控的考驗也越來越大。一般路面上布設的治安監控攝像機安裝高度為5-20米左右，一般需要覆蓋30-100 米左右距離，而城市中還有一類制高點監控攝像機，安裝在距離地面50 ～ 100 米，乃至100 米以上的位置，利用其足夠的高度，避免周邊建筑物的遮擋，實現方圓一公里到十幾公里范圍的視頻圖像監控，這一類攝像機往往由于霧霾干擾而大大降低覆蓋范圍，所以需要光學透霧技術支持。

而提升光學透霧效果除了攝像機自身圖像處理能力的進一步提升，鏡頭、視窗等配套成像系統也應該對紅外光具有更高的透過率，因此配套系統的完善乃至sensor 的進一步升級是光學透霧未來努力的方向。

透霧功能開啟前后對比