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谈谈视频监控模糊图像的处理技术


来自:临沂信达科技有限公司 发布日期:2012-5-25 浏览统计:4602


  对于监控系统模糊图像处理技术,国内大学和科研机构在多年以前就在研究这些理论和应用,相关文献也发布了不少,已经取得了一些很好的应用。美国Cognitech软件是相当成熟的一套模糊图像恢复应用软件,在美国及其他执法机构中已有多年实际应用,其恢复出的图像可以直接当作法庭证据使用,可见模糊图像处理技术已经取得了相当的实际应用。

  前面提到,造成图像模糊的原因有很多,要取得比较好的处理效果,不同原因导致的模糊往往需要不同的处理方法。从技术方面来讲,模糊图像处理方法主要分为三大类,分别是图像增强、图像复原和超分辨率重构。

  图像增强

  很多传统图像算法都可以减轻图像的模糊程度,比如图像滤波、几何变换、对比度拉伸、直方图均衡、空间域锐化、亮度均匀化、形态学、颜色处理等。就单个来讲,这些算法都比较成熟,相对简单。但是对于一个具体的模糊图像,往往需要上面的一种或者多种算法组合,配合不同的参数才能达到理想的效果。这些算法和参数的组合进一步发展成为具体的增强算法,比如“图像去雾”算法、“图像去噪”算法、“图像锐化”算法、“图像暗细节增强”算法等等。这些算法都不同程度提高了图像清晰度,很大程度改善了图像质量。

  综合使用形态学、图像滤波和颜色处理等算法可以实现图像去雾的算法,图1是一个去雾算法的实际使用效果,类似的图像增强算法还有很多,不再一一列举。

  图像复原

  图像复原与图像增强技术一样,也是一种改善图像质量的技术。图像复原是根据图像退化的先验知识建立一个退化模型,然后以此模型为基础,采用各种逆退化处理方法逐步进行恢复,从而达到改善图像质量的目的。

  图像复原和图像增强是有区别的,两者的目的都是为了改善图像的质量。但图像增强不考虑图像是如何退化的,只有通过试探各种技术来增强图像的视觉效果,而图像复原就完全不同,需要知道图像退化过程的先验知识,据此找出一种相应的逆过程方法,从而得到复原的清晰图像。图像复原主要取决于对图像退化过程的先验知识所掌握的精确程度。

  对由于离焦、运动、大气湍流等原因引起的图像模糊,图像复原的方法效果较好,常用的算法包括维纳滤波算法、小波算法、基于训练的方法等。图3是使用维纳滤波解决运动模糊图像的例子,取得了很好的复原效果。在知道退化模型的情况下,相对图像增强来说,图像复原可以取得更好的效果。

  图像超分辨率重构

  现有的监控系统主要目标为宏观场景的监视,一个摄像机,覆盖一个很大的范围,导致画面中目标太小,人眼很难直接辨认。这类由于欠采样导致的模糊占很大比例,对于由欠采样导致的模糊需要使用超分辨率重构的方法。

  超分辨率复原是通过信号处理的方法,在提高图像的分辨率的同时改善采集图像质量。其核心思想是通过对成像系统截止频率之外的信号高频成分估计来提高图像的分辨率。超分辨率复原技术最初只对单幅图像进行处理,这种方法由于可利用的信息只有单幅图像,图像复原效果有着固有的局限。序列图像的超分辨率复原技术旨在采用信号处理方法通过对序列低分辨率退化图像的处理来获得一幅或者多幅高分辨率复原图像。由于序列图像复原可利用帧间的额外信息,比单幅复原效果更好,是当前的研究热点。

  序列图像的超分辨率复原主要分为频域法和空域法两大类,频域方法的优点是:理论简单,运算复杂度低,缺点是:只局限于全局平移运动和线性空间不变降质模型,包含空域先验知识的能力有限。空域方法所采用的观测模型涉及全局和局部运动、空间可变模糊点扩散函数、非理想亚采样等,而且具有很强的包含空域先验约束的能力。常用的空域法有非均匀插值法、迭代反投影方法(IBP)、凸集投影法(POCS)、最大后验估计法(MAP)、最大似然估计法(ML)、滤波器法等,其中,MAP和POCS二方法研究较多,发展空间很大。对于具体的算法,不是本文的重点,这里不做详细介绍。图五是一个使用多帧低分辨率图像超分辨率重构的例子。

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