监控视频图像质量检测

  1 引言
    视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于各种智能建筑工程中。

    图像质量是视频监控系统的重要技术指标。影响系统图像质量的因素很多，例如摄像机的分辨率、镜 头质量以及系统对低环境照度的适应性等都会对系统图像质量产生影响。另外，传输线路选择的线径太 小，线缆质量不好、传输线缆有接头或传输距离超过此类线缆的最大传输距离，也将引起图像信号衰减 而影响图像的清晰度。 一般视频监控系统工程验收中，对图像质量的检测还主要是以主观评价为主，缺少准确量化的客观检 测，无法对系统图像质量做出全面的评判，只有将主观评价和客观检测相结合才能有效掌握系统图像质 量的真实情况，对系统验收起到指导作用。本文从主观评价和客观检测两个方面较详细的介绍了视频监 控系统图像质量的检测以及可能影响图像质量的其它技术参数的检测。
    2 视频监控系统的发展现状
    近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展。 视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控
    系统，称为第一代模拟监控系统。九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们 利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示， 从而大大提高了图像质量，这种基于 P C 机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。 九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出 现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络 为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监 控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。

    3 视频监控系统的基本构成：
    视频监控系统一般由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成。前端部分包括一台或多台摄像 机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱动器等，主要完成视频图像信号采集工作，实现对每个 监控点的视频采集。传输部分包括电缆和/或光缆，以及可能的有线/无线信号调制解调设备等，用于完 成包括电源信号的传输、视频信号的传输和控制信号等的传输；控制部分主要包括视频切换器、云台镜 头控制器、操作键盘、种类控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等，用于完成在监控中 心遥控摄像机的监控位置的变动和监控点图像的放大、缩小处理；显示记录设备主要包括监视器、录像 机、多画面分割器等，用于完成对视频信号的数字化处理、图像信号的显示、图像信号的存储、及图像 信号的远程传输[2]。
    4 视频监控系统图像质量的检测
    4.1 图像的基本评价
    视频信号测试是对视频监控系统进行评价的基本测试。由摄像机输出的图像经传输环节、分配切换设 备（视频矩阵） 、画面组合、文字信息迭加等送至视频监视器显示。在安防工程检测中，图像的基本评价 包括主观评价和客观评价两种，以评价系统总的图像指标为主，必要时对单个设备进行测试。
    4.1.1 主观评价
    主观评价采用 GB50339 中规定的主观评价方式进行，评价标准是不应低于 4 分： “图像上有稍可觉察的
    损伤或干扰，但不令人讨厌” 。 所谓损伤和干扰，在 GB 50198《民用闭路监视电视系统工程技术规范》中规定有三种： 1.随机信噪比：噪波,即"雪花干扰" ； 2.单频干扰：图像中纵、斜、人字形或波浪状的条纹,即"网纹" ； 3.电源干扰：图像中上下移动的黑白间置的水平横条, 即"黑白滚道"； 4.脉冲干扰：图像中不规则的闪烁、黑白麻点或"跳动"。 评价方法在 GB 50198《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第 4.3.2 条中规定要满足以下四个条件： 1.主观评价应在摄像机标准照度下进行； 2.主观评价应采用符合国家标准的监视器, 黑白电视监视器的水平清晰度应高于 400 线;彩色电视监 视器的水平清晰度应高于 270 线； 3.观看距离应为荧屏面高度的 6 倍,光线柔和； 4.评价人员不应少于五名,并应包括专业人员和非专业人员评价人员应独立评价打分,取算术平均值为 评价结果[1]。
    4.1.2 客观检测
    客观检测图像质量的技术指标主要有以下几个： 1.水平清晰度（分辨率） ：是指在与图像高度相同的宽度上可以分辨的黑白相间的线数，以 TVL 表示。 通常用观察监视器显示的清晰度测试卡图来测量这个指标。具体做法为：在摄像机的实际工作环境下， 检查摄像机对清晰度测试卡上的渐近条纹的拍摄，然后读取条纹开始模糊处的标记读数，如标记为 4，则 认为是 400 电视线。测量摄像机的分辨率时要求监视器的分辨率高于 800TVL。测量监视器分辨率时要求 信号源能提供 10Mhz 以上的扫频信号。如果图像信号的全部传输过程中均为模拟方式，各环节的视频带 宽大于 8Mhz，可认为系统对摄像机的分辨率无损伤，它的分辨率可视为摄像机的分辨率。 分辨率测量要注意两个问题，一是保证测试卡图像满屏，要求使用有欠扫描功能的专用视频监视器， 这一点在工程现场很难实现；二是 CCD 摄像机与测试卡上垂直条的空间调制，由此将产生虚假的分辨、
    影响读数的准确性。实际上、CCD 摄像机的分辨率是可以由 CCD 芯片的像素数推算的。由于 CCD 为像素化 器件，在测量水平分辨率时会出现上述的问题。目前，数字视频技术迅速发展，计算机在视频设备中应 用日益普遍，已不在用 TVL 来描述图像的分辨能力。通常用像素数来表示图像格式，用全屏显示点数来 描述图像清晰程度。 2.灰度等级：图像从最黑到最白之间能够区分的亮度等级。 它反映图像设备视频通道的线性是否良好。摄像机、监视器都有灰度等级这个指标，系统的传输设备 和其它插入设备对灰度等级也有影响，安防工程检验一般是给出系统的灰度等级。通常通过在监视器观 察测试卡上的台阶信号来测量灰度等级。测量时可以调整监视器的功能旋钮，但仅可调整一次。 3.信噪比（S/N） ：图像信号的峰值与噪声信号的有效值的比，按下式运算： S/N= 20lg 0.7/ N 摄像机的 S/N 主要由 CCD 器的热噪声和光电转换的量子效应，而系统 S/N 主要是受传输过程中引入各 种干扰和视频信道之间的串扰所影响。在实际测量时，要注意的有以下两点：一是滤波器的选取，一般 采用 100khz 的低通和 fg 高通，不采用视频加权曲线；另一是要考虑摄像机 AGC 和 g 校正的影响[3]。
随着监控系统技术的快速发展以及应用成本的快速降低,同时为了满足更多安全的需求,越来越多监控系统应用在人们生活的各个方面。随着监控系统的推广,一些潜在的问题也显现出来,其中以监控视频质量评价尤为明显。在监控系统中,经常会出现失焦模糊、块效应等明显严重影响图像质量的问题,如果不能及时处理就会影响监控的效果。而当今监控系统都非常庞大,动辄成百上千路的监控视频。在这种情况下,雇佣大量人主观的对每一路监控视频的图像质量做不间断的评估是一种不现实的方法。因此,如何能够即时的客观的评价监控视频图像的质量,使每一个子网的视频质量达到监控目的的需求,成为了监控视频研究领域的一个新的方向。本文通过对图像质量检测方法的阐述，强调了主观评价与客观检测相结合的重要性。