视频监控漫谈雾气影响与透雾技术剖解安防监控技术方案

最近PM2.5这一气象领域专业词汇成为社会关注的流行话题。空气中的液滴和固体小颗粒不仅危害人体健康，引起雾霾而导致交通事故频发，同时也使户外监控视频质量明显降低。在雾霾天气下，图像色彩黯淡、对比度变低，一些重要目标的细节更是淹没在雾气中难以被察觉，视频监控系统的实用性受到很大影响。

雾气对视频监控的影响

一般认为，大气介质主要由空气分子、水汽和气溶胶组成。气溶胶是悬浮在气体中的小粒子构成的弥散系。某些粒子具有高吸湿性，起到水汽凝结中心的作用，其大小与环境相对湿度、水汽供应和由碰撞而发生凝聚的程度有关。由于大气中各种颗粒的大小、类型以及聚集程度的不同产生晴、霾、雾、云、雨等各种天气。

在晴朗的天气条件下，从物体表面反射的光线基本不会受大气中各种成分的影响发生散射、吸收、反射等现象，能够直接到达成像设备，获得清晰无雾图像。

在有雾天气下，从物体表面反射的光线在到达成像设备的过程中会受到空气中悬浮颗粒的影响。气溶胶粒子是雾霾形成的主要因素，也是图像质量产生退化的根本原因，其影响主要有以下几个方面：

(1)气溶胶粒子对光线有散射作用，散射损失使“透射光”强度衰减，造成了图像的对比度下降。

(2)由于气溶胶粒子的非均匀性，使球面波畸变成非球面波，导致图像变模糊，边缘和细节降低。

(3)气溶胶粒子的粒径较大，粒子的自身成像不容忽视，可以近似理解成“噪声”。

(4)气溶胶粒子对成像光线的散射部分会因为多次散射的作用，和原有的前向散射部分叠加在一起成像，产生一定的模糊。

光学透雾技术剖解

自然光由波长不同的光波组合而成，人眼可见范围大致为390 nm -780nm，波长从长到短分别对应了红橙蓝绿青橙紫七种颜色，其中波长小于390nm的叫做紫外线，波长大于780nm的叫做红外线。不同波段的光因为波长的不同具有不同的特性，雾气、烟尘影响可见光成像的原因，而红外线因为拥有较长的波长，在传播时受气溶胶的影响较小，可穿透一定浓度的雾霭烟尘，实现准确聚焦，这就是光学透雾的依据。

1、镜头

从原理可知光学透雾的重点在于对特定近红外波段光线的截取与准确聚焦，而这部分工作大都由镜头完成。可以说镜头的好坏决定了光学透雾的效果，镜头设计的难度首先在于光学设计，其中包括对光路的把握以及滤波片的选择等，其次选材与工艺技术也决定了成品的效果。而透雾镜头最大的不同在于能承载红外波段的宽度，即成焦面的宽容度。从原理上，自然是可利用的近红外波段越宽越好，但是受限于镜头光路设计的难度与CCD的感光能力，目前安防业内的镜头已知能利用的最长红外波段为1100nm。

2、滤波片

了解日夜转换摄像机的人对滤波片都不会陌生，一般此类型摄像机装有两块滤波片，一块负责在白天过滤掉可见光之外的光波，令成像更为清晰亮丽；一块应用在夜晚，负责放行CCD可以承载的红外波段，实现夜间的红外监控。