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影象處理技術在視訊監視中的應用

轉自https://blog.csdn.net/shanghaiqianlun/article/details/12837279

 

1.視訊跟蹤技術

        自動視訊跟蹤是通過影象處理演算法,實時計算出選定的目標(如人、車輛等)在影象中的精確位置,並控制狀態轉動,從而保持目標始終處在視訊視窗中的一個指定位置。電子穩像演示視訊一.mpg

    系統框圖如下:

                             

 

         1:監視器,用於監視跟蹤視訊

         2:手柄,用於攝像機轉檯控制和跟蹤操作

         3:自動視訊跟蹤模組

         4:轉檯

        跟蹤演示視訊:

跟蹤.mpg

        正因為使用自動跟蹤技術能夠自動控制轉檯運動,從而保持選定的目標始終處於螢幕(或影象)中特定的位置(這個位置可以是影象中心,也可以是螢幕的其它位置)。因而,給我們帶來如下意義:

        (1) 減輕人工負擔。可以自動對運動目標進行連續的觀察監視。

        (2)  目標指示。由於自動跟蹤維持目標始終處於螢幕的指定位置,因此:

                 a) 當我們知道轉檯的方位角和俯仰角時,就可以獲得目標的方位角和俯仰角等位置資訊。

                 b) 我們可以用處於不同位置的兩套跟蹤裝置對同一目標進行跟蹤,構成立體視覺系統,可以獲得目標的距離、高度、方位角、俯仰角等資訊。

                 c) 如果我們把鐳射器與攝像機固定安放在在同一平臺上的時候,那麼通過自動跟蹤技術就可以維持目標始終處於鐳射光斑位置,也即保持鐳射能夠始終打在運動目標上,這樣就可以實現鐳射制導、測距等功能。

由此可見,自動跟蹤技術在視訊監視領域具有很重要的意義,可應用於下面一些領域:

        (1)機載光電觀瞄系統

        (2)車載光電跟蹤系統

        (3) 艦船光電跟蹤系統

        (4) 火箭發射、飛機起降、實時炮彈自動視訊跟蹤系統

        (5) 監視,如邊防監視跟蹤系統

        (6) 炸彈等武器系統目標指示

        (7) 武器系統評估

        (8) 模擬器系統

        (9) 軌跡分析

        (10)影象匹配

        (11)跟蹤系統自動校準

        (12)鐳射系統對齊

        (13)目標空間測量

        (14)生物分析

 

2.視訊拼接技術

        視訊拼接是通過影象處理演算法,對一組視訊畫面進行矯正配準無縫拼接成一個更大視場的視訊畫面。這一組視訊,可能是來自由多個小視場攝像機組成的對一個大視場的完整監視,這稱為多鏡頭視訊拼接;也可能是來自單個攝像機,這個攝像機通過轉動實現對一個大視場的掃描監視,這稱為單鏡頭視訊拼接。

        多鏡頭拼接示意圖:

                          

 

圖2 多鏡頭拼接示意圖

         1:監視器

         2:多鏡頭視訊拼接裝置

         3:轉動攝像機

        單鏡頭拼接示意圖:

                             

 

圖3 單鏡頭拼接

         1:監視器

         2:單鏡頭視訊拼接裝置

         3:轉動攝像機

        多鏡頭拼接演示視訊:多鏡頭視訊拼接.mp4多鏡頭視訊拼接二.mpg

       單鏡頭拼接演示視訊:單鏡頭視訊拼接.mpg

 

視訊拼接技術將多個較小視場的畫面拼接成更大的視場的畫面,使得我們看得更廣。它給我們帶來如下好處:

        (1) 增強對監視區域或周圍態勢的視覺感知能力。超寬監視視角,360度的全景視訊盡收眼底,全域性感、方位感大為增強,並消滅了監視死角。

        (2) 虛擬PTZ技術。採用虛擬PTZ技術,可以放大或放大監視視場內的影象區域,當改變方向觀察另一個影象區域時,不會發出任何噪音,隱祕且不易察覺。由於沒有機械移動部件,不需要時刻進行機械轉動,無磨損,結實耐用,壽命長。與機械PTZ不同,虛擬PTZ可以同時觀察多個不同的區域。

       (3) 相對於由魚眼鏡頭實現的全景視訊,通過拼接技術構建的全景視訊,克服了魚眼鏡頭只能看近距離(一般用於室內)的缺陷,可以看得更遠更清楚,且沒有畫素限制,更不會存在中間與邊緣解析度差距巨大的問題。

        視訊拼接可應用於:

        (1)軍事上,飛機、裝甲車、艦船等周圍態勢的視覺感知。

        (2)公安領域,警車、巡邏車、反恐、押運等特種車輛。

        (3)邊海防視訊監視

        (4)廣場、運動場等大範圍公共場所監視

        (5)交通樞紐、港口碼頭、停車場、銀行、加油站等視訊監視。

 

3.視訊增強技術

        在惡劣氣象條件下,如霧霾、雨雪、光線昏暗、煙、水氣、沙塵等,攝像機產生的視訊影象質量會嚴重下降,影象模糊不清,視訊增強技術是通過影象處理演算法,對這類劣質視訊影象進行有效處理,從而顯著改善視覺效果,提高畫面清晰度,提高攝像機的探測能力。

                                   

 

圖4 視訊增強示意圖

                                 

 

圖5 雪天視訊增強效果圖

                        

 

圖6 霧天視訊增強效果圖

                                    

 

圖7 霧霾天視訊增強效果圖

                                  

 

圖8 沙塵暴視訊增強效果圖

         增強演示視訊:增強演示視訊一.mpg增強演示視訊二.mpg增強演示視訊三.mpg增強演示視訊四.mpg

視訊增強可應用於:

        (1)飛機、艦船、車輛等的光電系統

        (2)邊海防、交通等安防監視

        (3)視訊後期處理

 

4.電子穩像技術

        在很多視訊監視場合,往往存在機械震動,如攝像機安裝在飛機、車、船、空調、PTZ雲臺、加熱通風裝置等上,還有室外颳風、車輛行駛等都會造成攝像機晃動,尤其是在高倍鏡頭監視情況下,抖動就更為嚴重。通過影象處理演算法,可以有效地去除這些抖動,使得視訊影象更易於觀察監視。

                                

 

圖10 電子穩像示意圖

        電子穩像演示視訊:電子穩像演示視訊一.mpg ,電子穩像演示視訊二.avi 電子穩像演示視訊三.mpg 電子穩像演示視訊四.wmv

        電子穩像技術的應用可以消除視訊的抖動,而抖動的危害有:

        (1)抖動的視訊無法讓人看清細節,從而影響視訊監視的質量。

        (2) 抖動的視訊是非常令人生厭的,並極易引起視覺疲勞。

        (3)抖動的視訊對後端的壓縮非常不利,並會導致壓縮碼流急劇上升,不利於儲存和網路傳輸。

        (4)抖動的視訊,不利於後端視訊分析裝置的處理。

         電子穩像的應用:

        (1)飛機、車輛、艦船等交通工具上的視訊監視。

        (2)邊海防監視,尤其是多風的海邊。

        (3)道路交通監視:道路、橋樑、隧道。

        (4)有如空調、風機等大型機器震動場合的監視,如廠、礦。

       (5)視訊後期處理。

 

5.視訊融合技術

        視訊融合技術是將不同型別的光電成像感測器獲取的同一景物影象進行幾何配準,然後採用一定的演算法將各影象中所含資訊優勢或互補性有機結合起來,產生新的影象,提高了光電系統的識別探測能力。

        如圖11為熱像儀夜間影象,由於熱像成像機制是對熱的反應,而對可見光並沒有反應,因此看不到村莊的燈光,將這個熱像影象,與可見光感測器如CCD的影象融合到一起,就可以獲得融合後的影象如圖12和圖13所示,顯然,融合後的影象資訊大為豐富。

                                      

 

圖11 熱像儀的夜間影象

                                     

 

圖12 CCD與熱像儀的影象融合後的影象

                                    

 

圖13 CCD與熱像儀的影象融合後的影象

        可見,由於增加了影象的資訊量,因此,視訊融合技術可以帶來如下好處:

       (1)改善影象的可視性和可信度,減少影象資訊的模糊不確定性。

       (2)提高系統的作用範圍和全天候的工作能力。

        視訊融合技術的應用:

        (1)機載、車輛、艦船上的光電探測。

        (2)邊海防視訊監視。

        (3)重點場所的視訊監視。

 

6.超解析度技術

        超解析度技術在視訊中的應用,一般是利用多幀視訊影象,進行配準插值和影象放大,以獲得更為精細的超高解析度影象,以增加探測距離。

                               

 

圖13 超解析度重構示例圖

       超解析度演示視訊:超解析度演示視訊一.mpg

        超解析度技術的應用:

        (1) 機載、車輛、艦船上的光電探測。

        (2)邊海防視訊監視系統。

        (3) 公安偵查鑑定。

        (4)銀行、證券等部門的安全監控系統中

        (5) 醫學成像系統。

 

關於影象處理技術的應用更為詳細介紹