王庚中

摘 要 嵌入式雷达测速仪因受外界光照环境容易导致成像质量衰退，影响违法车辆抓拍取证清晰度。本文介绍了嵌入式雷达测速仪工作原理流程，分析其成像清晰化存在的关键技术问题，阐述几种解决方法并对比优缺点，为更有效的改善成像效果、提高清晰度提供相关借鉴。

关键词 图像清晰化;嵌入式;雷达测速;图像处理

引言

随着智慧交通建设的兴起，车辆限速控制以及违法取证越显重要。嵌入式雷达测速抓拍设备在交通领域日益发挥着关键作用。嵌入式雷达测速仪采用一体化设计、工业集成度高、工程应用场景复杂。比如：光照不足成像导致画面过暗或噪声过大;车辆抓拍道路存在背着光线的场景，即车辆沿光线平行方向行驶，图像不同区域亮度严重失衡;大气雾霾污染导致低能见度恶劣天气增多等等，该因素对成像清晰度造成了极度负面影响，导致交警无法有效甄别图像关键特征。因此，当设备集成的成像模块受到外界环境影响约束时，如何保障成像清晰度避免出现衰减显得非常关键。有效改善成像效果以及提高抓拍图像的清晰度，是亟待需要解决的主要内容。

1 清晰化关键问题与解决方法

嵌入式雷达测速设备核心组成单元模块有：微波雷达检测器、高清成像抓拍机模组、嵌入式处理器等组件。使用多普勒效应原理的微波雷达检测器，发射雷达波来检测运动车辆或其他目标物体的速度。当微波雷达检测器检测到车辆超速，输出触发信号来触发高清成像模组及时完成超速车辆抓拍取证，形成违法数据上传至嵌入式处理平台，再由嵌入式处理器完成取证图像违法信息叠加、编码压缩、网络通信与传输，数据转存等工作。

取证图像作为交警处罚超速驾驶员的直接有效证据材料，图像关键细节特征比如路面车道线、车颜色车牌车型、人面识别特征等是否清晰很关键。鉴于此，嵌入式雷达测速设备产品在设计与实现的过程中，对成像模块要求很高。原因是车辆目标运动速度很快，为了不让图像出现拖影模糊情况，要求在成像快门较短的条件下快速完成抓拍车辆图像信息，导致传感器曝光时间很短，所以图像画质和清晰度很容易出现衰退。综合考虑这些因素，提升成像关键技术来改善嵌入式雷达测速取证图像质量，显得非常重要。

（1）低照度成像与降噪。针对测速仪设备的低照度成像问题需要采用一些增强方法，同时保证车辆目标关键特征区域的噪声有效抑制不被放大。需要结合嵌入式平台处理资源和算力，在空域频域、空域频域结合处理，还要兼顾良好的场景自动调节功能。①低照度成像最核心的问题就是还原暗处细节特征、又不能突显噪声信号。暗处特征的还原重建，比较简单快速办法就是以像素为单元，采用映射函数形式来全局映射像素关系，进行全部的灰阶拉伸，该方法不足就在于无法根据图像内容自适应改变映射函数。为了更好根据图像灰阶分布自适应、嵌入式处理器常采用直方图均衡化来实现，主要是采用概率建模、根据概率重建分布曲线，来重建灰阶映射曲线，实现不同灰阶的均衡分布。针对这种增强处理引入的噪声，则要求使用噪声过滤器实现。②嵌入式雷达的很多抓拍取证图像相当一部分是低照度下形成。光照度不足极容易形成的噪声图像，将有用信息和噪声混合。雷达测速仪成像噪声有多种类型（比如加性、乘性、椒盐、高斯等类型），使得图像关键特征不明显清晰度不高，难于辨别交警执法取证所涉及的关键证据，需要进行降噪来提高信噪比，嵌入式处理器常用中值滤波和双边滤波，以及基于局部像素邻域相关性的非线性导向滤波器，既能消除颗粒噪声又能保护图像细节边沿特征[1]。

（2）逆光成像。嵌入式测速仪成像目前所使用的自动曝光技术，主要是利用区域亮度来指导前端曝光参数调整，逆光场景容易导致局部细节过曝过暗。该环境下的改善办法有： ①在软件算法上，调整相机曝光控制策略，采用光圈优先、选用光圈较大镜头，配合调整快门时间和模拟增益，使得逆光导致的过暗区域细节充分曝光。该方法简单实现也容易操作，但会加剧高亮细节过曝以及成像区域不完整。另外，快门慢则高速车辆会运动模糊，增益高会放大噪声，因此要配合上述降噪措施来辅助实现。②在辅助器件上，增加外部感光度即补光灯源，要求前端成像模组和补光灯严格实时同步。另外，可以采用具备宽动态的感光器件来多帧融合成像，在实时性和处理速度上会对嵌入式平台提出要求更高，加大硬件成本和系统复杂度。③在后端处理器修复技术上，针对图像逆光区域复原，后端平台采用较多的是基于局部像素相关性的重建模型，比如基于亮度均值的曲线拉伸等，但是诸多方法满足嵌入式系统快速处理的代价是降低图像细节层次感。

（3）雾天成像处理。雾天清晰化处理非常关键、主要思想是复原气溶胶对消光系数的不利影响，通过特定数学建模分析图像特征来重建灰阶，突显有效特征、减弱无关信息提升取证图像画质。①高级光学镜头实现透雾，根据不同光线光谱波段的不同特性来设计实现、其中红外波长受气溶胶影响小且可穿透一定浓度的雾霾，可实现准确聚焦完成雾霾穿透成像。目前在交通领域该镜头昂贵难以推广。②按照雾天视觉感知模型设计的图像复原技术，嵌入式系统透雾主要是采用这种数字透雾，已经芯片模块化集成，服务器密钥化集成。近年来，基于暗通道先验的单幅图像的透雾处理技術研究取得较大进步，雾天车辆透雾抓拍也较为清晰。鉴于算法原理简单、降倍采样技术加速、嵌入式系统容易实现，使得实时透雾技术在摄像机内部的集成日益普及。尤其针对高清视频图像的透雾与复原处理，处理速度大幅提升[2]。

2 结束语

鉴于此，嵌入式雷达测速仪的成像清晰化处理是交通系统和图像处理领域的热点问题，也是抓拍取证系统设计与实现过程中的难点技术之一。笔者针对影响图像清晰度的低照度与降噪、逆光成像、雾天图像复原等几个关键技术进行分析，文中对比分析若干解决方法优缺点。建议在产品设计中，充分利用嵌入式平台资源算力，将所述的关键技术结合处理器优化设计实现，能较大提升嵌入式雷达测速仪的成像抓拍效果。

参考文献

[1] 沈枫菊.视频监控中目标清晰化方法研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2012.

[2] 禹晶，徐东彬，廖庆敏.图像去雾技术研究进展[J].中国图像图形学报，2011，16（9）：1561-1576.