廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

結(jié)合HVS特性的惡劣環(huán)境下視頻圖像質(zhì)量增強處理

廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

1　項目來源

“結(jié)合HVS特性的惡劣環(huán)境下視頻圖像質(zhì)量增強處理”項目（項目編號：2014GABJC018）是2014年度公安部科技強警基礎專項立項項目，由視頻圖像智能分析與應用技術公安部重點實驗室承擔，2015年9月通過公安部科技信息化局組織的驗收。

2　研究背景及意義

當前，平安城市建設已經(jīng)進行了很多年，隨著網(wǎng)絡化、智能化的提高，智慧城市已經(jīng)向我們走來。平安城市向智慧城市轉(zhuǎn)變首先離不開智能監(jiān)控。高清視頻及城市間的聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)集成與結(jié)構(gòu)優(yōu)化緩解了后端存儲的壓力，降低系統(tǒng)部署難度，減少管理和維護成本，各子系統(tǒng)能夠協(xié)同作戰(zhàn)，對城市管理意義重大。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在公安機關打防管控中發(fā)揮的作用越來越大，但就整體而言，視頻圖像質(zhì)量的問題仍然制約著視頻系統(tǒng)效能的充分發(fā)揮。在霧霾、強光惡劣天氣下，圖像模糊，影響公安機關對圖像信息的提取和判斷。2013年開始，我國的空氣質(zhì)量問題特別突出，情況堪憂，霧霾的覆蓋率已經(jīng)達到國土面積1/7甚至更高。京津冀和長三角多個城市多次發(fā)布黃色紅色霧霾預警。霧霾天氣致使戶外監(jiān)控視頻質(zhì)量明顯降低，不僅圖像色彩暗淡、對比度大大降低，一些重要目標的細節(jié)更是難以辨識。在霧霾天氣，空中飄浮著大量的含有粉塵、水汽凝結(jié)成的顆粒物，一旦這些顆粒物密度過大就會影響光線的傳播，不僅肉眼看不到信號燈，普通鏡頭也只是看到一些模糊不清的畫面，在很多監(jiān)控車流量的視頻里我們都可以看到類似畫面。因此，如何讓監(jiān)控攝像頭在霧霾、強光惡劣天氣看得清楚，為公安系統(tǒng)提供清晰視頻源，提高視頻系統(tǒng)效能的發(fā)揮具有非常重要的實用意義和經(jīng)濟價值。

3　項目主要研究內(nèi)容

利用人類視覺特性（HVS：Human Visual System）研究霧霾及其它惡劣環(huán)境下的視頻圖像增強技術，對攝像頭在捕獲視頻圖像過程中或者捕獲圖像之后對圖像進行處理，以消除霧霾等不利因素影響，使畫面清晰化，細節(jié)信息顯示出來。該技術應用到公安實戰(zhàn)中，提高對霧霾和強光惡劣環(huán)境下的圖像處理能力，使圖像清晰化，并有利于緩解監(jiān)控工作人員的視覺疲勞。

（1）在分析形成惡劣環(huán)境原因的基礎上，根據(jù)不同的應用環(huán)境，采用不同的圖像增強算法。因為引起視頻圖像降質(zhì)的機理不同，處理方法不一樣，到目前為止，沒有一種針對各種降質(zhì)因素普遍適應的視頻增強技術。

（2）基于大氣散射規(guī)律，建立霧霾天氣所引起的圖像退化模型。充分利用了退化的先驗知識，實現(xiàn)單幀圖像的去霧功能，然后進一步利用最大值濾波方法對被低估的暗像素值進行調(diào)整修復、通過檢測有霧區(qū)的密度方法并采用景深分層方法獲得一定程度圖像增加效果。

（3）結(jié)合HVS視覺特性，因為人眼對視頻圖像的變化值在HVS的視覺閾值之內(nèi)，人眼可以忽略其變化。而變化值在HVS的視覺閾值之外，將嚴重影響視覺的感知，這些區(qū)域或者像素點稱其為視覺敏感點或視覺關注點。在這部分的工作中，本項目首先探測出這些視覺關注點，然后對關注點采用基于HVS亮度響應的自適應增強算法，實現(xiàn)圖像質(zhì)量增強。

該項技術能夠從多個角度提升視頻監(jiān)控的質(zhì)量，可以用于各種有霧天氣條件的透霧處理；能明顯提升圖像的對比度、清晰度；能夠顯著增強圖像的細節(jié)信息，使原來模糊不清的圖像細節(jié)被充分展示處理；能夠提升圖像的飽和度，使圖像色彩鮮艷活潑、生動，透霧處理后的圖像保持準確的色調(diào)、自然的外觀，因而獲得了良好的圖像質(zhì)量與視覺感受。

4　突破的關鍵技術及取得成果

該項目研發(fā)出一個視頻圖像智能分析軟件，是基于目前國際領先的高性能視頻圖像增強及復原算法，將視頻圖像寬動態(tài)增強處理、視去霧增強處理、智能分析、檔案管理等功能融合一體的視頻圖像處理軟件。

（1）利用兩通道的聯(lián)合非局部相似性約束聯(lián)合濾波，能夠提高大氣散射數(shù)據(jù)估計精度。

（2）利用不同參數(shù)的兩通道的聯(lián)合非局部相似性約束聯(lián)合濾波，得到符合人眼視覺的差值圖像，有助于進一步對大氣散射估計進行精細估計。

（3）利用三通道的聯(lián)合相似性約束聯(lián)合濾波，能夠有效恢復去霧圖像，進一步降低去霧后圖像的噪聲。

主要應用于專業(yè)的車牌超分辨、背光人臉分辨、去霧處理、尤其在摘要檢索前處理可提高許多倍摘要準確率等，同時可改進、提升惡劣環(huán)境下的視頻監(jiān)控圖像的畫面質(zhì)量。

5　應用成效及前景

本項目所研發(fā)的視頻圖像智能分析軟件無需對原有前端硬件做任何更改即可獲得更高質(zhì)量的視頻。該軟件產(chǎn)品采用無縫接入的方式融入新設計的監(jiān)控系統(tǒng)，增加系統(tǒng)功能，但不增加硬件成本，對已有平臺或正在建設中的監(jiān)控平臺都能靈活接入、配置和使用，從而大大節(jié)省用戶的資金使用效益。此外，本軟件提供的協(xié)同工作功能，能在有限人手情況下，短時間處理大量、時間跨度長的監(jiān)控視頻，從而減少傳統(tǒng)視頻證據(jù)提取的工作量，達到節(jié)約警力的效果。