一种基于光纤传输的视频监控系统及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及基于光纤传输视频信号的监控领域处理技术领域，尤其是针对视 频序列降噪及增强的技术领域。
【背景技术】
[0002] 视频监控具有直观、方便、可靠、信息内容丰富等优点，因此被广泛应用于金融、商 业、交通、住宅、社区等场合，为这些领域的环境监控和安全防范起到了不可忽略的作用。光 纤传输系统具有传输距离远、信息容量大、抗干扰能力强、保密性好等优势，目前已成为通 信的重要手段。利用光纤技术传输图像能够有效保证图像数据不会被窃取，同时具有高灵 敏度、高分辨率等特点。人们对其需求集中体现在优质的画面和高质量的视觉等方面。
[0003] 然而，监控视频在获取、传输、存储和复制过程中，会不可避免受到噪声污染，噪声 的存在不仅会影响视频图像的感官感受，也会降低其信息含量。另外，视频图像降噪也是视 频图像后期处理如压缩、编码、目标识别等的预处理阶段。因此，视频降噪算法的研宄具有 非常重要的意义。现行的视频图像降噪算法主要有以下分类方法：
[0004] (1)按照视频图像降噪的处理区域可以分为像素域降噪算法和转换域降噪算法两 类：像素域视频图像降噪算法是直接在视频图像构成的空时三维（3D)空间中处理噪声，此 类算法出现较早，发展比较成熟，其优点是计算量小、降噪效果较好；转换域视频图像降噪 算法是先将视频图像的内容进行转换，在转换域（如小波域）中进行降噪处理，然后通过反 变换得到最终的降噪视频图像，这类算法比像素域算法的降噪效果好，但是计算量较大，往 往满足不了视频处理的实时性需求。
[0005] (2)按照滤波器支持的滤波范围可以分为时域滤波（1D滤波）、空域滤波（2D滤 波）、空时滤波（3D滤波）三类。相比于二维图像，视频图像信息的相关性同时存在于一维 时间域（ID)和二维空间域（2D)，ID滤波只利用了视频序列在时间域上的相关性，2D滤波 只利用了视频图像在空间域上的相关性，而3D滤波同时利用了视频图像在时间域和空间 域上的相关性来进行降噪，因此，3D滤波的降噪效果要优于其它两类滤波器。在空时滤波 中，时域滤波器和空域滤波器主要有两种组合方式：第一种，先进行空域滤波再进行时域滤 波；第二种，根据图像的分析结果在时域滤波和空域滤波上切换，并结合图像分析结果和噪 声估计大小设置滤波强度来控制时域和空域滤波。
[0006] (3)根据运动估计方式可以分为基于运动估计和运动自适应两种滤波方法：基于 运动估计的滤波方法是为了充分利用视频图像序列在时域上的相关性，在滤波前先进行运 动估计，在不造成运动"拖影"的情况下尽可能使用时域滤波器，经证明此方法在大多数情 况下能够提高降噪效果；运动自适应的滤波方法则是在时域上进行滤波，但会采用某种自 适应机制来减少运动引起的时域非平稳。该算法使降噪后的视觉效果得到显著提高，但由 于引入了运动估计部分而导致降噪算法计算量变大，且视频图像降噪后的效果在一定程度 上取决于运动估计的准确度。
[0007] 由此可见，上述现有的光纤监控视频序列降噪技术，当前还没有针对性的高性能 算法。传统的滤波容易造成图像锐度的降低，而最新的降噪技术运算量巨大，不具有很好的 实时性。因此，针对这类问题，急需具有高鲁棒性、高实时性的视频图像降噪方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种基于光纤传输的视频监控系统及其工作方法，以解决滤 除视频噪点的技术问题，进而保证视频信息完整和锐度的基础上，维持视频显示的流畅性。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种视频监控系统，包括：视频采集模块、 与该视频采集模块相连的第一光纤通讯模块，所述第一光纤通讯模块通过光纤与第二光纤 通讯模块相连，所述第二光纤通讯模块与视频信号转换模块相连，所述视频信号转换模块 通过视频图像降噪模块与显示模块相连。
[0010] 优选的，为了提高降噪效果，所述视频图像降噪模块包括：差分图像获取单元，获 得间隔帧图像的差分图像；掩膜生成单元，与差分图像获取单元相连，以提取的该差分图像 中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜图像；以及与掩膜生成单元相连的像素填充单元，其 适于将该掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填 充，以获得降噪图像。
[0011] 进一步，所述掩膜图像为互补掩膜图像，所述掩膜生成单元还适于将噪点区域通 过二值化处理转换为实数型图像，并将所述实数型图像经高斯低通滤波器掩膜图像，以及 求差得到取反的掩膜图像；所述像素填充单元适于将所述互补掩膜图像的噪点像素位置用 中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上进行填充。
[0012] 又一方面，本发明在所述基于光纤传输的视频监控系统的基础上，还提供了所述 视频监控系统的工作方法。
[0013] 所述视频监控系统的工作方法，包括所述视频图像降噪模块的视频图像降噪方 法，即获得间隔帧图像的差分图像，提取该差分图像中包含的噪点区域，并生成相应的掩膜 图像；以及将所述掩膜图像的噪点像素位置用中间帧图像的对应位置的像素在首帧图像上 进行填充，以获得降噪图像。
[0014] 进一步，所述差分图像的获得方法包括：使用帧差法获得相邻帧差的绝对值，以得 到所述差分图像；即
[0015] g(x,y) = |gn(x,y)-gn+2(x,y)I；
[0016] 式中，gn(x,y)和gn+2 (x,y)分别为连续的第FjijJi和第Fn+2帧图像位置（x,y)处的 灰度值，n为正整数；其中，第Fji贞设为首帧，第Fn+1帧设为中间帧，第Fn+2帧设为末帧。
[0017] 进一步，所述噪点区域的提取方法包括：对所述差分图像进行滤波，动态提取离散 度超出范围的像素，作为疑似噪点；以及将所述疑似噪点通过形态学获得疑似噪点区域后， 再通过分类器滤除虚假噪点，以获得所述噪点区域。
[0018] 进一步，对所述差分图像进行滤波