FDNR (Defog)

Οι κάμερες CCTV τοποθετούνται συχνά σε εξωτερικούς χώρους. Από αυτές αναμένουμε λειτουργία χωρίς προβλήματα 24/7, καθώς και την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων στην καταγραφή της εικόνας που μπορεί να προκαλούνται από το ισχυρό φως, τη βροχή, το χιόνι και την ομίχλη. Οι περιβαλλοντικές συνθήκες έχουν τεράστια επιρροή στην ποιότητα της εικόνας που λαμβάνεται από μια κάμερα παρακολούθησης. Η ομίχλη μειώνει σημαντικά την ποιότητα της εικόνας, μειώνοντας κατά πολύ την αναλογία αντίθεσης, η οποία με τη σειρά της προκαλεί αποτέλεσμα έλλειψης καθαρότητας και ευκρίνειας των λεπτομερειών που καταγράφονται από μία κάμερα. Οι κατασκευαστές εξοπλίζουν όλο και πιο συχνά τις κάμερές τους με μια σειρά από λειτουργίες που έχουν ως στόχο να βελτιώνουν την ποιότητα της καταγεγραμμένης εικόνας.

Εξ σου και η σημασία της λειτουργίας Defog, ονομαζόμενη ορισμένες φορές και F-DNR, η οποία είναι ένας από τους σημαντικότερους αλγόριθμους που υλοποιούν μια σειρά λειτουργιών χρησίμων κατά την εξωτερική παρακολούθηση.

Εικ. 1. Σύγκριση εικόνας με ανενεργή (DEFOG OFF) και ενεργή (DEFOG ON) λειτουργία Defog

Η πρόοδος στην ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογία μέσω κατάλληλων αλγορίθμων επεξεργασίας εικόνας, συμβάλλει ώστε η λειτουργία Defog να χρησιμοποιείται ευρέως ακόμη και στις πιο φτηνές κάμερες. Η τεχνολογία αυτή προσαρμόζει την κατανομή των πληροφοριών που λαμβάνονται από τον αισθητήρα της κάμερας και βελτιώνει την αντίθεση και τις λεπτομέρειες της εικόνας με σκοπό να μειώνεται η απώλεια πληροφοριών κατά την μετέπειτα επεξεργασία.

Υπάρχουν δύο γνωστοί αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται στην ψηφιακή λειτουργία Defog: βελτίωση εικόνας μη μοντέλου και η μέθοδος ανάκτησης εικόνας μοντέλου. Η μέθοδος βελτίωσης εικόνας μη μοντέλου αυξάνει την αναλογία αντίθεσης, έτσι ώστε η υποκειμενική οπτική αντίληψη να παραμένει ικανοποιητική για τον χρήστη. Η μέθοδος ανάκτησης εικόνας μοντέλου αναλύει τις αιτίες αλλοίωσης της ποιότητας της εικόνας και στη συνέχεια προσπαθεί να αντιστρέψει τη διαδικασία αυτή, έτσι ώστε να επιτευχθεί εικόνα παρόμοια με την αρχική ποιότητα της εικόνας.

Οι τυπικές μέθοδοι βελτίωσης εικόνας μη μοντέλου περιλαμβάνουν την εξισορρόπηση ιστογράμματος και τη χρήση αλγορίθμων που βασίζονται στην ασαφή λογική. Η εξισορρόπηση του ιστογράμματος χωρίζεται σε ολική και τοπική. Η ολική εξισορρόπηση ιστογράμματος έχει χαμηλό υπολογιστικό κόστος, αλλά η βελτίωση λεπτομερών πληροφοριών που βρίσκονται σε μία εικόνα συνήθως δεν είναι ικανοποιητική. Από την άλλη, η τοπική εξισορρόπηση ιστογράμματος προσφέρει καλύτερη απόδοση, αλλά μπορεί να προκαλέσει αποτέλεσμα αποκλεισμού και να προκληθεί ενίσχυση των θορύβων. Ο αλγόριθμος φιλτραρίσματος παρέχει καλή ποιότητα εικόνας, αλλά το υπολογιστικό κόστος και η κατανάλωση πόρων είναι τόσο υψηλή, που μία τέτοια λύση δεν είναι κατάλληλη σε μία ζωντανή παρακολούθηση. Αντιθέτως, τα αποτελέσματα από τη λειτουργία Defog που βασίζονται στην ασαφή λογική, συνήθως δεν είναι ικανοποιητικά.

Συνοψίζοντας, οι μέθοδοι βελτίωσης εικόνας μη μοντέλου μπορούν να τη βελτιώσουν σε κάποιον βαθμό. Ωστόσο, δεν είναι σε θέση να την βελτιώσουν με αποτελεσματικό τρόπο.

Η μέθοδος ανάκτησης εικόνας μοντέλου περιλαμβάνει τη μέθοδο φιλτραρίσματος, τη μέθοδο μέγιστης εντροπίας και τη μέθοδο εκτίμησης λειτουργίας υποβαθμισμένης εικόνας. Η μέθοδος φιλτραρίσματος, όπως το φίλτρο Kalman, απαιτεί συνήθως πολύπλοκους υπολογισμούς. Χάρη στη μέθοδο μέγιστης εντροπίας επιτυγχάνεται υψηλή ανάλυση, αλλά αυτός είναι ένας μη-γραμμικός αλγόριθμος με υψηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα, ενώ η όλη διαδικασία είναι επίσης πολύ πολύπλοκη. Η μέθοδος εκτίμησης λειτουργίας υποβαθμισμένης εικόνας είναι συνήθως σχεδιασμένη με βάσει κάποιο φυσικό μοντέλο. Ο αλγόριθμος αυτός απαιτεί τη σύλληψη της εικόνας σε διαφορετικούς χρόνους για μελλοντική αναφορά προκειμένου να προσδιοριστούν οι παράμετροι του φυσικού μοντέλου, καθώς και επειδή είναι μία μέθοδος που δεν εκτελείται σε πραγματικό χρόνο και είναι δύσκολο να εφαρμοστεί σε μία παρακολούθηση CCTV.

Οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές στην βιομηχανία CCTV έχουν αναπτύξει την λειτουργία Defog που μπορεί να λειτουργεί ζωντανά. Η τεχνολογία αυτή βασίζεται στην θεωρία ατμοσφαιρικής οπτικής. Κατά τη λειτουργία Defog ξεχωρίζει το βάθος του πεδίου της εικόνας και η πυκνότητα ομίχλης σε διάφορες περιοχές της, καθώς και χρησιμοποιείται η διαδικασία φιλτραρίσματος έτσι ώστε να αποκτηθεί μία υποκειμενικά καθαρή και φυσική εικόνα.

Παρακάτω παρουσιάζονται μερικά παραδείγματα της λειτουργίας Defog.

Εικ. 2. Σύγκριση εικόνας πριν και μετά την αύξηση αναλογίας αντίθεσης.

Εικ. 3. Σύγκριση λεπτομερειών εικόνας.

Εικ. 4. Σύγκριση κειμένου στη σκηνή.