监测识别报警型是DSP摄像机的发展方向

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上传日期: 2017-11-02

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标签:监测识别(1)摄像机(158)dsp(3653)
 随着现代科学技术的发展,视频监控系统也向智能化发展,而监控用的摄像机也必须智能化。DSP摄像机有普通型与智能型,以往的DSP智能摄像机主要是提高图像质量型。本文主要介绍DSP智能摄像机的工作原理,过去的提高图像质量型与现在需要的检测识别报警型DSP摄像机的智能化功能,检测识别报警型DSP摄像机在现代平安城市建设中的作用,以及DSP智能摄像机必须由提高图像质量型向检测识别报警型发展。
  DSP(DigitalSignalProcessing)即数字信号处理,它是利用数字计算机或专用数字信号处理设备,以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理,借以达到提取有用信息、便于应用的目的。
  由于有了DSP功能的芯片出现,所以近些年才出现了DSP的新型摄像机。这种摄像机的主要特点就是:在摄像机内部的电路采用了大规模数字信号处理集成电路(DSPLSI),并且由微处理器对系统的状态进行检测与控制,因此其稳定性、可靠性、一致性等都大大提高。DSP芯片是一种特殊的微处理器,就是根据数字信号处理理论的数学模型和算法,设计出专门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部“硬化”,数字滤波器所需要的其他设备也全部集成、硬化,比如加法器、存储器、控制器、输入/输出接口,甚至其他类型的外部设备等。许多在模拟信号处理器中无法进行的工作,都可以在数字处理中进行,如二维数字滤波、数字动态图像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、精确的γ校正、自动聚焦等。因此,有了DSP的摄像机,可大大提高图像的质量。
  此外,通过数字设定,可进行画面格式变换,还可均衡调节各参数值,把摄像机之间的差别缩减到最小。DSP彩色摄像机,还能方便地输出亮度信号与色度信号分离的视频信号(简称Y/C信号或S-Video信号)。DSP技术不仅使摄像机在性能上获得优势,而且缩小了体积,节省了零件及装配时间,从而降低了成本。
  一、DSP智能摄像机的工作原理
  DSP摄像机的工作原理中,亮度/色度处理、编码同步发生器及CCD驱动等部分电路均采用了数字信号处理技术,它们都由微处理器执行中心控制。虽然,由于AGC和γ校正电路是在A/D转换之前,仍为模拟处理,但它们的控制电压和补偿信号是根据数字部分检测决定的,因而仍然可以调节得很精确。
  亮度/色度处理部分,需要微处理器对数字信号的数据进行检测处理控制,以测量出信号峰值、平均值、差值等信息,并将这些测量结果经微处理器的运算处理,形成各种控制信号。如其中需要采用二维数字梳妆滤波(2-DemenTIonalDigitalCombFilter)处理技术,用它可以减小亮度信号对色度信号的串扰,并最大限度地保留亮度信号高频成分,从而进一步改善图像质量。
  关于检测识别预/报警型的智能化功能,主要是通过智能化软件固化在DSP中。通过所监控的图像检测,如得到所需的信息就去进行识别处理判断,以驱动预/报警而阻止犯罪。
  二、提高图像质量型DSP摄像机的智能化功能
  该类DSP摄像机在提高图像效果的同时,而具有智能的特色。因为相对于模拟摄像机来说,数字信号处理摄像机能方便地使用一些改善图像质量的新技术。因为通过数字信号处理技术,可以获得许多模拟信号处理难以实现的效果。下面主要简介一下提高图像效果的智能型DSP彩色CCD摄像机中所采用的数字2H增强技术、数字拐点技术、智能数字背景光补偿、数字自动跟踪白平衡、数字动态展宽、自动聚焦、电子灵敏度增强、数字降噪及屏幕菜单显示等智能功能。
  1、数字2H增强技术
  采用数字2H增强技术,可以有效地增强视频信号的水平和垂直边缘,从而获得边缘分明的清晰图像。
  在采用了2H增强信号与视频信号合成后,就可使视频信号的边缘部分得到增强。
  2、数字拐点技术
  数字拐点技术可以有效地扩展视频信号的动态范围,这样在拍摄高亮度景物时,不致于使图像的高光部分被白色完全淹没。图3为数字拐点技术示意图。
  用模拟摄像机拍摄高亮度景物时,其图像的高光部分就被白色完全淹没。通过数字摄像机的数字拐点技术,可对图像高光部分进行压缩,从而使这部分的图像细节能够显现出来。
  3、智能数字背景光补偿(IntelligentDigitalBack-lightCompinsaTIon)
  背景光补偿也即逆光补偿。在松下的一些CCD摄像机中,均采用了自适应型的智能数字背景光补偿技术。这种技术与常规的逆光补偿技术相比,这里采用了数字检测与数字运算技术,因而可获得很好的逆光补偿效果。
  智能数字背景光补偿的原理是:将摄像机摄取的整幅画面平均分成48个(即8&TImes;6块)正方形的小处理区域(如台湾敏通公司的M88DSP处理器就是这样),并对每一个小块的平均亮度进行检测,如果这些小块的平均亮度差别过大,则通过先进的算法缩小这些小块的亮度差,使过暗的景物能够较为清晰地重现,而又不致于使图像亮部区域出现过载。因此,采用这种智能化的数字检测技术,即使是很小的、薄的或是不在画面中心区域的景物,也能够清晰地在画面上呈现出来。
  4、数字自动跟踪白平衡(DigitalAutoTracingWhiteBalance)
  数字自动跟踪白平衡技术能够自动跟踪画面上的白色,对系统进行白平衡调整,因而它能够明显改善彩色图像的重现效果。
  数字自动跟踪白平衡的原理与上述的智能背景光补偿技术类似,它也是将摄像机摄取的一整幅画面平均分成48个小块,并检测这些小块中是否有白色,即使画面上有很小的一块白色,摄像机也能够自动跟踪它,并以它作为基准对系统的白平衡进行调整(有关白平衡的定义及调整在本人编著的《电视监控技术》一书第二章中有详细说明),使重现的图像绚丽多彩。如松下等彩色摄像机,就采用了上述的数字自动跟踪白平衡的技术。
  5、数字动态展宽(DigitalWideDynamicRange)
  一般摄像机摄取宽动态范围的场景时,画面上可能会同时出现明亮区域及灰暗区域。如明亮区域显示合适时,灰暗区域则可能过于黑暗;反之,当灰暗区域显示合适时,明亮区域则可能亮得过载。数字动态展宽技术可有效缩小宽动态范围图像的亮暗差别,使两个区域的图像同时在监视器屏幕上清晰地显示出来。
  数字动态展宽技术的基本原理是,采用双速CCD图像传感器,能在同一时间内对摄取的场景分别进行长短不同时间的曝光,将此信号输入专用的图像处理集成电路中,通过变换、合成、校正等处理而输出扩展了40倍动态范围的清晰图像。如松下WV-CP460系列DSP摄像机中,采用了两组AGC电路及一些增强与降噪等处理技术,使摄像机的动态范围进一步地从第一代的40倍增加到80倍,即“超动态二代(SuperDynamicⅡ)”。
  有关数字动态展宽较详细的原理,可参阅本人编著的《电视监控技术》一书第二章第六节中的超高动态CCD摄像机。
  6、数字自动聚焦(DigitalSelf-regulaTIonFocus)
  在快速球与设置在云台上的一体化摄像机中,一般都需要自动调焦系统。尤其在高速球中使用时,其自动聚焦的速度最好不超过1秒,当监控场景的距离相差太大而超过景深范围时,尤为需要。因此,快速地自动聚焦的软件算法的选择与光圈等的控制配合就非常重要。
  自动聚焦的方法很多,有测距法、聚焦检测法与图像处理法三类。目前一体化摄像机中大多采用图像处理法,需了解自动聚焦详情,可参阅本人编著的《电视监控技术》一书第一章第三节以及《安全与光电》论文集中“论各类自动调焦技术及其优劣”一文,这里就不叙述了。
  7、电子灵敏度增强(ElectronicSensitivityUp)及数字降噪(DigitalNoiseReduction)
  一般,普通摄像机的AGC打开时,虽可以提高其感光的灵敏度,但干扰噪声也相应放大,从而使监视器屏幕上显示的图像充满杂乱的噪点。而采用电子灵敏度增强及数字降噪技术,可使重现的图像清晰可辨。如松下的WV-CP610彩色摄像机中,在使用电子灵敏度增强及AGC技术提高其灵敏度的同时,还应用数字降噪技术降低其图像的噪点。它不仅可使摄像机的灵敏度提高32倍,还能提高重现的图像的质量。
  数字降噪方法不少,如由帧间积分平均器组成的数字式杂波降低器已有商品出售,其最大信噪比的改善可达15dB,其降噪原理在本人编著的《电视监控技术》一书第十一章中有详细叙述。
  8、屏幕菜单显示(On-ScreenDisplay简称OSD)
  由于新型的DSP摄像机的功能不断增多,而这些功能又必须通过设定(Setup)才能奏效,因此通过监视器屏幕上的菜单显示,对摄像机的工作状态进行设定,可以为使用者带来极大的方便。如松下的和LG-Honeywell的一些摄像机大都具备这种屏幕菜单显示的功能。
  新型的DSP摄像机的参数的设定,可配合专用的中心端控制设备,通过单同轴电缆(对松下系列摄像机)或RS485/RS232通讯线(对其他品牌摄像机)等传到前端的摄像机,从而使其工作在所设定的状态。
  一般,新型的DSP摄像机除了OSD功能外,还内置可以独立设定的ID识别码,这对于具有数十台甚至数百台摄像机的大型电视监控系统来说,显得尤为重要。
  松下公司的WV-CP610系列摄像机的屏幕菜单设置流程图,如图4所示。由该图可见,摄像机的ID码、ALC/ELC、背景光补偿、电子快门速度、自动增益控制、电子灵敏度增强级数、同步方式、白平衡、数字动态展宽、数字运动检测、数字降噪以及色彩、基准电平、孔径电平等参数,均可以通过屏幕菜单进行调整。
  上述调整过程除了可通过WV-CP610摄像机后面板上的5个按钮(WV-CP654的5个按钮在摄像机机身侧面的盖板内)来完成外,还可通过中心端的摄像机遥控器WV-RM70来完成。这里,WV-RM70与WV-CP610的通讯并不需额外的连接线,而是直接通过视频同轴电缆以多工方式来实现。WV-RM70还可以进一步通过其RS-485接口与普通的PC计算机相连,从而也可通过计算机对系统进行设置。
  三、检测识别报警型DSP摄像机的智能化功能
  要想使视频监控技术智能化,必须使摄像机或系统尽可能多地嵌入智能化功能,下面列举一些可以嵌入的智能化功能:
  1、视频移动探测、跟踪与预/报警
  视频移动检测是对运动的物体进行及时的检测和跟踪,因此运动检测是指在指定区域能识别图像的变化,检测运动物体的存在并避免由光线变化带来的干扰。在如雨雪、大雾、大风等复杂的天气环境中,要能精确地探测和识别单个物体或多个物体的运动情况,包括其运动方向、运动特征等。
  视频移动检测技术的原理,也是多将摄像机摄取的一整幅画面平均分成48个小块,并连续检测每一个小块的图像变化。一旦检测到有运动物体,该摄像机即可通过视频电缆将报警信息回传到中心端,并启动录像机等相关视频设备。并且,要能根据物体的运动情况,自动发送PTZ控制指令,使摄像机能够自动跟踪物体。如物体超出该摄像机监控范围之后,能自动通知物体所在区域的摄像机继续进行追踪。
  在这种工作方式下,要求移动物体的尺寸必须占据图像面积的2%以上,即物体必须占据48个小区域中的1个场景区域以上。此外,要求背景和移动物体之间的对比度也必须超过5%,移动物体从图像的一端到另一端的最小移动速度为0.1s。

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