一 圖像處理技術和人眼視覺的關系

　　圖像技術處理，image signal process，業(yè)內(nèi)簡稱為ISP技術。在了解ISP技術之前，我們要先了解人眼的視覺感知，這是因為人類對圖像信號的處理全部來源于對人眼的模仿，了解了人眼的視覺構造，就可以和圖像處理部分的內(nèi)容一一對應起來，更好地理解圖像處理的知識。從圖1可以看到人眼的構造，居于眼球璧內(nèi)層的透明薄膜就是視網(wǎng)膜，它布滿整個后部內(nèi)壁，主要負責感光成像，當我們看東西時，物體的影像通過屈光系統(tǒng)，落在視網(wǎng)膜上。

　　圖1 人眼視覺

　　人眼與攝像機有哪些相似之處呢?

　　首先，晶狀體相當于攝像機的鏡頭透鏡 (lens) ，其作用是聚集光線，在視網(wǎng)膜上形成圖像。

　　另外，人眼的虹膜相當于攝像機的光圈，虹膜通過收縮和伸張來控制進入的光線，以達到人眼的亮度均衡。簡單舉例，當我們突然進入一個高亮的環(huán)境，開始人眼是看不清楚東西的，在適應一段時間后，事物會逐漸清晰，這個就是虹膜調(diào)整之后的結果，人眼所感知的最后的亮度其實是一致的。

　　視網(wǎng)膜是人眼核心的功能，仿照這個功能，攝像機上有與之對應的傳感器 (sensor)，視網(wǎng)膜表面分布的光接收器產(chǎn)生圖像視覺信號。

　　二 圖像處理中的關鍵技術

　　前面提到重慶監(jiān)控攝像機都是在模仿人眼的構造來成像，現(xiàn)在看一下攝像機的成像系統(tǒng)有哪些具體的構成。首先輸入的圖像會通過鏡頭傳遞到圖像傳感器上，圖像傳感器感知的數(shù)據(jù)會被后面接收，圖像信號處理系統(tǒng)會對這些數(shù)據(jù)進行處理，通過一系列的算法，例如降噪、白平衡、CFA、曲線矯正、色彩矯正，從而形成人眼可以看到的正常圖像。圖像信號處理，也叫做ISP(Image Signal Process)，其作用是模擬大腦對視網(wǎng)膜上的成像進行處理，產(chǎn)生視覺感知的圖像。

　　低照度

　　視頻監(jiān)控領域?qū)D像的低照度要求很高，需要在很暗的場景下看清楚物體，低照度下為了提升亮度，會起一些噪聲，所以在研發(fā)過程中需要花很多精力在降噪上。目前視頻監(jiān)控產(chǎn)品實際應用的降噪技術主要是通過區(qū)分噪聲和圖像本身的細節(jié)，以線性或非線性濾波將噪聲從圖像中去除，根據(jù)噪聲判決與去除所用與參考的視頻信息的分布維度，降噪技術可分為空域濾波(Spatial Filter)、時域濾波(Temporal Filter)、運動自適應濾波(Motion Adaptive Filter)和運動補償濾波(Motion Compensation Filter)等幾大類。

　　寬動態(tài)

　　大家應該都有過在逆光環(huán)境下拍照的經(jīng)歷，有些在窗戶口拍出的照片，人臉都是黑的。圖像里面還有一個比較關鍵的技術是寬動態(tài)，也叫HDR，就是用來解決逆光下圖像處理的問題。普通的相機只曝光一次，如果同時存在亮暗對比很強烈的物體，那么就要看哪部分占得比例大，就會以這個亮度來曝光。比如，室外光線很強，按照這個亮度來處理后，人臉看起來就會比較暗。

　　研發(fā)人員想了很多辦法來擴大傳感器的動態(tài)范圍，目前主流的技術都在曝光強度控制方面想辦法，稱為多重曝光。多重曝光的思路是通過幾次不同時長的曝光來獲取落在合適范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。假設多重曝光技術用12bit/72db的傳感器首先曝光20毫秒，此時暗處可獲得足夠細節(jié)但亮處會因飽和而過曝;再通過1.25毫秒曝光使亮處所得能量削弱至1/16以落到飽和門限之下，此時暗處是曝光不足的。將上述相差16倍的數(shù)據(jù)合并，即可獲得共16bit即96db的動態(tài)范圍——比采用12bit/72db的單次曝光提高了16倍。

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