آشنایی با تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته و ضرورت آن

در سالیان اخیر، سیستم نظارت ویدیوئی وارد دنیای HD شده است، دوربین های دیجیتالی مگاپیکسل با لنزهایی قوی وارد بازار شده اند در نتیجه آن، کیفیت فیلم ها بالاتر رفته و قابلیت بزرگنمایی تصاویر بهبود یافته است. نکته قابل توجه آن است که این عوامل به تنهایی برای بهبود کیفیت تصاویر کافی نیست. عوامل دیگری نیز وجود دارند که می تواند باعث ثبت تصاویر با کیفیت پایین، مخصوصا برای دوربین های نصب شده در فضای بیرونی باشد. دوربین های مداربسته ای که در بیرون ساختمان نصب می شوند، اغلب در معرض نور شدید، باران، برف و مه قرار می گیرند. ذرات آئروسل حاوی رطوبت و بخار در مه، علت اصلی تخریب کیفیت تصویر است. مه، نسبت کنتراست تصویر را کاهش می دهد، به طوری که جزئیات صحنه به وضوح دیده نمی شود. از این رو، تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته یکی از فن آوری های ضروری برای نظارت در فضای باز است. در این مقاله به تفضیل به تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته و ضرورت آن پرداخته می شود.

آشنایی با تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته

دوربین های مداربسته ای که در فضای بیرونی ساختمان نصب می شوند، باید عملکرد دقیق و صحیح 24/7 داشته باشند. عوامل محیطی مانند باران، مه، دود و .. می توانند در این عملکرد، اختلال ایجاد کنند. در حال حاضر یک رویکرد مشترک برای مقابله با اثرات مخرب مه و دود در کیفیت تصاویر ارائه شده است و آن، استفاده از یک مولفه اپتیکی خاص است. این مولفه، باعث دریافت اطلاعات مادون قرمز بیشتری از محیط، نسبت به حالت معمول می شود. یکی از معایبی که این سیستم فیزیکی دارد، هزینه بالاست.

پیشرفت در توسعه تکنولوژی دیجیتال، تکنولوژی مه زدایی یا defog را وارد دنیای دوربین های مداربسته کرده است. این فناوری توزیع اطلاعات گرفته شده توسط سنسور تصویر را تنظیم می کند و رنگ و جزئیات تصویر را افزایش می دهد. با این عمل، حجم اطلاعات از دست رفته در پروسه های بعدی، مانند ISP و رمزگذاری کاهش می یابد. در این مقاله، ما مشخصا به این تکنولوژی دیجیتال می پردازیم.

دسته بندی تکنولوژی دیجیتال در زمینه مه زدایی

دو الگوریتم دیجیتال برای مه زدایی وجود دارد که عبارتند از: روش بهبود تصویر غیر مدل (non-model image enhancement) و روش بازیابی تصویر مدل (model image recovery method).

در روش اول نسبت کنتراست تصویر، افزایش می یابد و بر اساس قضاوت بصری ذهنی، فرایند مه زدایی تصویر انجام می گیرد. در روش دوم، دلایلی را که کیفیت تصویر را تضعیف می کند، بررسی و شناسایی می شوند. در گام بعدی، پروسه برعکس این دلایل مخرب روی تصویر اجرا می شود. نتیجه نهایی، بهبود کیفیت تصویر اصلی است.

1) روش بهبود تصویر Non-model

 راهکارهای معمول که در این روش مورد استفاده قرار می گیرند، برابری هیستوگرام، تغییر در فیلترینگ و تئوری های منطبق بر منطق فازی هستند. برابری هستوگرام به دو نوع سراسری (global) و جزیی (partial) قابل تقسیم بندی می باشد. نوع Global دارای هزینه کم محاسباتی است، ولی میزان جزییاتی از تصویر که قابل بازیابی است، به همان نسبت اندک بوده و کافی نیست. برابری هیستوگرام از نوع partial تاثیر بهتری دارد. اما ممکن است تصویر تکه تکه دیده شده و نویز صدا را نیز افزایش دهد.

راهکار تبدیل فیلتر کیفیت تصویر خوب را فراهم می کند، اما هزینه محاسباتی و مصرف خیلی زیادی دارد که برای نظارت تصویری مناسب نیست.

مه زدایی با تئوری منطق فازی نیز به اندازه کافی ایده آل نیست.

در کل، روش های روش بهبود تصویر Non-model می تواند کیفیت تصویر را تا حدی افزایش دهد؛ اما تنها جلوه های بصری را تغییر می دهد و کیفیت تصویر به نحو موثری افزایش نمی یابد.

2) روش بازیابی تصویر مدل

روش بازیابی تصویر مدل، شامل راهکاری از قیبل روش فیلتر کردن، حداکثر روش آنتروپی و روش تخمین عملکرد تصویر تخریب شده است. راهکار فیلتر کردن، مانند فیلترینگ کالمن، به طور کلی نیاز به محاسبات سنگین دارد. راهکار حداکثر آنتروپی وضوح بالا ایجاد می کند، اما یک الگوریتم غیر خطی با محاسبات عظیم است و پردازش محاسباتی بسیار پیچیده ای دارد. راهکار تخمین عملکرد تصویر، به طور معمول بر اساس یک مدل فیزیکی خاص مانند مدل پراکندگی اتمسفر و خاصیت قطبی مدل مه زدایی انجام می گیرد. این الگوریتم نیاز به ضبط تصویر در زمان های مختلف به عنوان تصویر مرجع برای تعیین پارامترهای مدل فیزیکی دارد و برای استفاده در سیستم نظارتی سخت است.

نظارت امنیتی با دوربین مداربسته در شرایط آب و هوایی نامساعد، نیاز به مصرف برق زیاد داشته و به راحتی، کارآیی و سازگاری محصولات نظارتی بستگی دارد. تکنولوژی که برای مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته مورد استفاده قرار می گیرد، باید قابلیت بهبود و ترمیم تصویر را داشته و اساس آن بر مدل انتقال اتمسفری باشد تا خروجی آن یک تصویر با کیفیت ایده آل باشد.

ضرورت و موارد کاربرد تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته

تکنولوژی مه زدایی یا defog در دوربین مداربسته در اکثر فضاهای باز مورد استفاده است. از جمله می توان به پروژه هایی از قبیل نظارت بر جاده ها، راه آهن ها، بنادر، باند فرودگاه ها و دیگر مناطق باز ترافیکی اشاره نمود. مه زدایی در حفاظت از محیط زیست نیز اهمیت فراوانی دارد.

از دیدگاه کاربردی، تکنولوژی مه زدایی برای دوربین های بیرونی و اسپید دام بیش ترین ضرورت را داشته و باعث افزایش کیفیت تصویر در مه می شود. یکی از کشورهایی که استفاده زیادی از این تکنولوژی داشته، کشور چین می باشد. همان طور که در شکل زیر می بینید، تراکم جمعیت و ترافیک در این کشور بالاست و آلودگی هایی نظیر دود خودروها، باعث کاهش میدان دید دوربین های ترافیکی می شود.