圖像處理技術在視頻監視中的應用

1．視頻跟蹤技術

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

系統框圖如下：

1：監視器，用于監視跟蹤視頻

2：手柄，用于攝像機轉臺控制和跟蹤操作

3：自動視頻跟蹤模塊

4：轉臺

跟蹤演示視頻：跟蹤.mpg

正因為使用自動跟蹤技術能夠自動控制轉臺運動，從而保持選定的目標始終處于屏幕（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） 減輕人工負擔。可以自動對運動目標進行連續的觀察監視。

（2） 目標指示。由于自動跟蹤維持目標始終處于屏幕的指定位置，因此：

a） 當我們知道轉臺的方位角和俯仰角時，就可以獲得目標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備對同一目標進行跟蹤，構成立體視覺系統，可以獲得目標的距離、高度、方位角、俯仰角等信息。

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

由此可見，自動跟蹤技術在視頻監視領域具有很重要的意義，可應用于下面一些領域：

（1）機載光電觀瞄系統

（2）車載光電跟蹤系統

（3） 艦船光電跟蹤系統

（4） 火箭發射、飛機起降、實時炮彈自動視頻跟蹤系統

（5） 監視，如邊防監視跟蹤系統

（6） 炸彈等武器系統目標指示

（7） 武器系統評估

（8） 模擬器系統

（9） 軌跡分析

（10）圖像匹配

（11）跟蹤系統自動校準

（12）激光系統對齊

（13）目標空間測量

（14）生物分析

2．視頻拼接技術

視頻拼接是通過圖像處理算法，對一組視頻畫面進行矯正配準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組成的對一個大視場的完整監視，這稱為多鏡頭視頻拼接；也可能是來自單個攝像機，這個攝像機通過轉動實現對一個大視場的掃描監視，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：監視器

2：多鏡頭視頻拼接設備

3：轉動攝像機

單鏡頭拼接示意圖：

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圖3 單鏡頭拼接

1：監視器

2：單鏡頭視頻拼接設備

3：轉動攝像機

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） 增強對監視區域或周圍態勢的視覺感知能力。超寬監視視角，360度的全景視頻盡收眼底，全局感、方位感大為增強，并消滅了監視死角。

（2） 虛擬PTZ技術。采用虛擬PTZ技術，可以放大或放大監視視場內的圖像區域，當改變方向觀察另一個圖像區域時，不會發出任何噪音，隱秘且不易察覺。由于沒有機械移動部件，不需要時刻進行機械轉動，無磨損，結實耐用，壽命長。與機械PTZ不同，虛擬PTZ可以同時觀察多個不同的區域。

（3） 相對于由魚眼鏡頭實現的全景視頻，通過拼接技術構建的全景視頻，克服了魚眼鏡頭只能看近距離（一般用于室內）的缺陷，可以看得更遠更清楚，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。

視頻拼接可應用于：

（1）軍事上，飛機、裝甲車、艦船等周圍態勢的視覺感知。

（2）公安領域，警車、巡邏車、反恐、押運等特種車輛。

（3）邊海防視頻監視

（4）廣場、運動場等大范圍公共場所監視

（5）交通樞紐、港口碼頭、停車場、銀行、加油站等視頻監視。

3．視頻增強技術

在惡劣氣象條件下，如霧霾、雨雪、光線昏暗、煙、水氣、沙塵等，攝像機產生的視頻圖像質量會嚴重下降，圖像模糊不清，視頻增強技術是通過圖像處理算法，對這類劣質視頻圖像進行有效處理，從而顯著改善視覺效果，提高畫面清晰度，提高攝像機的探測能力。

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圖4 視頻增強示意圖

圖5 雪天視頻增強效果圖

圖6 霧天視頻增強效果圖

圖7 霧霾天視頻增強效果圖

圖8 沙塵暴視頻增強效果圖

增強演示視頻：增強演示視頻一.mpg，增強演示視頻二.mpg，增強演示視頻三.mpg，增強演示視頻四.mpg

視頻增強可應用于：

（1）飛機、艦船、車輛等的光電系統

（2）邊海防、交通等安防監視

（3）視頻后期處理