圖像處理技術(shù)在視頻監(jiān)視中的應(yīng)用

1．視頻跟蹤技術(shù)

自動視頻跟蹤是通過圖像處理算法，實(shí)時計算出選定的目標(biāo)（如人、車輛等）在圖像中的精確位置，并控制狀態(tài)轉(zhuǎn)動，從而保持目標(biāo)始終處在視頻窗口中的一個指定位置。電子穩(wěn)像演示視頻一.mpg

系統(tǒng)框圖如下：

1：監(jiān)視器，用于監(jiān)視跟蹤視頻

2：手柄，用于攝像機(jī)轉(zhuǎn)臺控制和跟蹤操作

3：自動視頻跟蹤模塊

4：轉(zhuǎn)臺

跟蹤演示視頻：跟蹤.mpg

正因為使用自動跟蹤技術(shù)能夠自動控制轉(zhuǎn)臺運(yùn)動，從而保持選定的目標(biāo)始終處于屏幕（或圖像）中特定的位置（這個位置可以是圖像中心，也可以是屏幕的其它位置）。因而，給我們帶來如下意義：

（1） 減輕人工負(fù)擔(dān)。可以自動對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)的觀察監(jiān)視。

（2） 目標(biāo)指示。由于自動跟蹤維持目標(biāo)始終處于屏幕的指定位置，因此：

a） 當(dāng)我們知道轉(zhuǎn)臺的方位角和俯仰角時，就可以獲得目標(biāo)的方位角和俯仰角等位置信息。

b） 我們可以用處于不同位置的兩套跟蹤設(shè)備對同一目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，構(gòu)成立體視覺系統(tǒng)，可以獲得目標(biāo)的距離、高度、方位角、俯仰角等信息。

c） 如果我們把激光器與攝像機(jī)固定安放在在同一平臺上的時候，那么通過自動跟蹤技術(shù)就可以維持目標(biāo)始終處于激光光斑位置，也即保持激光能夠始終打在運(yùn)動目標(biāo)上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)激光制導(dǎo)、測距等功能。

由此可見，自動跟蹤技術(shù)在視頻監(jiān)視領(lǐng)域具有很重要的意義，可應(yīng)用于下面一些領(lǐng)域：

（1）機(jī)載光電觀瞄系統(tǒng)

（2）車載光電跟蹤系統(tǒng)

（3） 艦船光電跟蹤系統(tǒng)

（4） 火箭發(fā)射、飛機(jī)起降、實(shí)時炮彈自動視頻跟蹤系統(tǒng)

（5） 監(jiān)視，如邊防監(jiān)視跟蹤系統(tǒng)

（6） 炸彈等武器系統(tǒng)目標(biāo)指示

（7） 武器系統(tǒng)評估

（8） 模擬器系統(tǒng)

（9） 軌跡分析

（10）圖像匹配

（11）跟蹤系統(tǒng)自動校準(zhǔn)

（12）激光系統(tǒng)對齊

（13）目標(biāo)空間測量

（14）生物分析

2．視頻拼接技術(shù)

視頻拼接是通過圖像處理算法，對一組視頻畫面進(jìn)行矯正配準(zhǔn)無縫拼接成一個更大視場的視頻畫面。這一組視頻，可能是來自由多個小視場攝像機(jī)組成的對一個大視場的完整監(jiān)視，這稱為多鏡頭視頻拼接；也可能是來自單個攝像機(jī)，這個攝像機(jī)通過轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)對一個大視場的掃描監(jiān)視，這稱為單鏡頭視頻拼接。

多鏡頭拼接示意圖：

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圖2 多鏡頭拼接示意圖

1：監(jiān)視器

2：多鏡頭視頻拼接設(shè)備

3：轉(zhuǎn)動攝像機(jī)

單鏡頭拼接示意圖：

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圖3 單鏡頭拼接

1：監(jiān)視器

2：單鏡頭視頻拼接設(shè)備

3：轉(zhuǎn)動攝像機(jī)

多鏡頭拼接演示視頻：多鏡頭視頻拼接.mp4，多鏡頭視頻拼接二.mpg

單鏡頭拼接演示視頻：單鏡頭視頻拼接.mpg

視頻拼接技術(shù)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(qiáng)對監(jiān)視區(qū)域或周圍態(tài)勢的視覺感知能力。超寬監(jiān)視視角，360度的全景視頻盡收眼底，全局感、方位感大為增強(qiáng)，并消滅了監(jiān)視死角。

（2） 虛擬PTZ技術(shù)。采用虛擬PTZ技術(shù)，可以放大或放大監(jiān)視視場內(nèi)的圖像區(qū)域，當(dāng)改變方向觀察另一個圖像區(qū)域時，不會發(fā)出任何噪音，隱秘且不易察覺。由于沒有機(jī)械移動部件，不需要時刻進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)動，無磨損，結(jié)實(shí)耐用，壽命長。與機(jī)械PTZ不同，虛擬PTZ可以同時觀察多個不同的區(qū)域。

（3） 相對于由魚眼鏡頭實(shí)現(xiàn)的全景視頻，通過拼接技術(shù)構(gòu)建的全景視頻，克服了魚眼鏡頭只能看近距離（一般用于室內(nèi)）的缺陷，可以看得更遠(yuǎn)更清楚，且沒有像素限制，更不會存在中間與邊緣分辨率差距巨大的問題。

視頻拼接可應(yīng)用于：

（1）軍事上，飛機(jī)、裝甲車、艦船等周圍態(tài)勢的視覺感知。

（2）公安領(lǐng)域，警車、巡邏車、反恐、押運(yùn)等特種車輛。

（3）邊海防視頻監(jiān)視

（4）廣場、運(yùn)動場等大范圍公共場所監(jiān)視

（5）交通樞紐、港口碼頭、停車場、銀行、加油站等視頻監(jiān)視。

3．視頻增強(qiáng)技術(shù)

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(jī)產(chǎn)生的視頻圖像質(zhì)量會嚴(yán)重下降，圖像模糊不清，視頻增強(qiáng)技術(shù)是通過圖像處理算法，對這類劣質(zhì)視頻圖像進(jìn)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(jī)的探測能力。

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圖4 視頻增強(qiáng)示意圖

圖5 雪天視頻增強(qiáng)效果圖

圖6 霧天視頻增強(qiáng)效果圖

圖7 霧霾天視頻增強(qiáng)效果圖

圖8 沙塵暴視頻增強(qiáng)效果圖

增強(qiáng)演示視頻：增強(qiáng)演示視頻一.mpg，增強(qiáng)演示視頻二.mpg，增強(qiáng)演示視頻三.mpg，增強(qiáng)演示視頻四.mpg

視頻增強(qiáng)可應(yīng)用于：

（1）飛機(jī)、艦船、車輛等的光電系統(tǒng)

（2）邊海防、交通等安防監(jiān)視

（3）視頻后期處理