一、 圖像處理技術(shù)和人眼視覺的關(guān)系

圖像技術(shù)處理，image signal process，業(yè)內(nèi)簡稱為ISP技術(shù)。在了解ISP技術(shù)之前，我們要先了解人眼的視覺感知，這是因?yàn)槿祟悓?duì)圖像信號(hào)的處理全部來源于對(duì)人眼的模仿，了解了人眼的視覺構(gòu)造，就可以和圖像處理部分的內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)起來，更好地理解圖像處理的知識(shí)。從圖1可以看到人眼的構(gòu)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(gè)后部內(nèi)壁，主要負(fù)責(zé)感光成像，當(dāng)我們看東西時(shí)，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(jī)有哪些相似之處呢?

　　首先，晶狀體相當(dāng)于攝像機(jī)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(dāng)于攝像機(jī)的光圈，虹膜通過收縮和伸張來控制進(jìn)入的光線，以達(dá)到人眼的亮度均衡。簡單舉例，當(dāng)我們突然進(jìn)入一個(gè)高亮的環(huán)境，開始人眼是看不清楚東西的，在適應(yīng)一段時(shí)間后，事物會(huì)逐漸清晰，這個(gè)就是虹膜調(diào)整之后的結(jié)果，人眼所感知的最后的亮度其實(shí)是一致的。

　　視網(wǎng)膜是人眼核心的功能，仿照這個(gè)功能，攝像機(jī)上有與之對(duì)應(yīng)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(hào)。

　　二 圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)

　　前面提到攝像機(jī)都是在模仿人眼的構(gòu)造來成像，現(xiàn)在看一下攝像機(jī)的成像系統(tǒng)有哪些具體的構(gòu)成。首先輸入的圖像會(huì)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(huì)被后面接收，圖像信號(hào)處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(hào)處理，也叫做ISP(Image Signal Process)，其作用是模擬大腦對(duì)視網(wǎng)膜上的成像進(jìn)行處理，產(chǎn)生視覺感知的圖像。

　　低照度

　　視頻監(jiān)控領(lǐng)域?qū)D像的低照度要求很高，需要在很暗的場(chǎng)景下看清楚物體，低照度下為了提升亮度，會(huì)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(shí)際應(yīng)用的降噪技術(shù)主要是通過區(qū)分噪聲和圖像本身的細(xì)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(shù)可分為空域?yàn)V波(Spatial Filter)、時(shí)域?yàn)V波(Temporal Filter)、運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)濾波(Motion Adaptive Filter)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償濾波(Motion Compensation Filter)等幾大類。

　　寬動(dòng)態(tài)

　　大家應(yīng)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(gè)比較關(guān)鍵的技術(shù)是寬動(dòng)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(jī)只曝光一次，如果同時(shí)存在亮暗對(duì)比很強(qiáng)烈的物體，那么就要看哪部分占得比例大，就會(huì)以這個(gè)亮度來曝光。比如，室外光線很強(qiáng)，按照這個(gè)亮度來處理后，人臉看起來就會(huì)比較暗。

　　研發(fā)人員想了很多辦法來擴(kuò)大傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，目前主流的技術(shù)都在曝光強(qiáng)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(shí)長的曝光來獲取落在合適范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。假設(shè)多重曝光技術(shù)用12bit/72db的傳感器首先曝光20毫秒，此時(shí)暗處可獲得足夠細(xì)節(jié)但亮處會(huì)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(shí)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(dòng)態(tài)范圍——比采用12bit/72db的單次曝光提高了16倍。

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