[發明專利]一種基于FPGA的實時視頻去霧系統

在審

• 申請號: 201410709824.6
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104394302A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 戴光智;孫宏偉
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: H04N5/21
• 分類號: H04N5/21;H04N7/18
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

技術領域

本發明涉及圖像處理與計算機視覺領域，尤其涉及一種基于FPGA的低照度視頻實時處理系統。

背景技術

霧天圖像往往存在能見度低、灰度集中、對比度低的缺點，這對于公共交通、社區監控、生產生活等都帶來了不利的影響，霧天降質圖像的清晰化處理是圖像處理和機器視覺領域共同關心的重要問題。對有霧圖像進行去霧可以改善圖像的視覺效果，例如大多數的室外視頻工作系統，如城市交通、車輛輔助系統、視頻監控等，但是在霧天情況下，由于場景的能見度降低，導致采集到的圖像嚴重降質，極大地限制了系統的正常工作，因此實時消除圖像中的霧氣，使處理后的圖像更加清晰化，才能適應實際應用的需求。

有霧圖像的復原算法有多種的實現方式，從大類上可以分為基于對比度增強的復原方法和基于大氣散射物理模型的復原算法。基于大氣散射物理模型的復原算法由于復原效果自然，算法復雜度低等優點，目前已經成為主流的有霧圖像的復原算法。其中由Kaiming?He提出的一種基于暗通道的單一圖像去霧方法最為引人關注，并同時圍繞暗通道的概念進一步研究出了一系列的去霧方法。

圖像的實時處理，要求圖像處理系統有巨大的數據吞吐量、存儲和計算能力。目前有多種平臺可以實現數字圖像處理，如PC,DSP,GPU,FPGA等，這些平臺有著各自的優缺點。根據應用對象的不同選取不同的實現平臺可以取得比較好的處理效果。大規模可編程邏輯器件(簡稱FPGA)，具有并行計算，性能強大，靈活性高，開發周期短等優勢，大大提高了系統的集成度，靈活性和通用性。圖像處理是FPGA的一個主要應用領域，FPGA基于查找表的架構特點，非常適合作為圖像的采集和顯示中的數據通路，而FPGA豐富的資源也在提高數字系統的集成度方面有廣泛的應用，同時FPGA也在圖像的預處理，如伽馬校正和圖像去噪等預處理有著廣泛的應用，目前在圖像處理領域特別是壓縮，解壓縮芯片的快速原型設計有很多的應用。FPGA相對于DSP,PC等傳統圖形處理平臺，具有并行計算的先天優勢，對于圖像的預處理等需要巨大的數據吞吐能力的應用場合，優勢特別明顯。

在此背景下，我們提出了基于FPGA和暗通道實時視頻去霧方法，采用FPGA實現該算法，充分發揮了FPGA并行計算和流水線技術的優勢，可以有效的保證系統的實時性。霧天降質圖像對比度增強的實時處理，具有廣闊的應用背景，在這方面展開研究頗有意義。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于FPGA的實時視頻去霧系統。

本發明的目的通過以下的技術方案來實現：

一種基于FPGA的實時視頻去霧系統，所述系統是利用視頻去霧算法基于FPGA的視頻采集及處理平臺實現，包括基于FPGA的電路設計、去霧算法所采用的FPGA的IP核以及去霧算法的FPGA裝置。

與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點：

本發明采用FPGA并行計算加速處理，對于大小為1280×720的單幅低照度圖像，處理時間可達0.03s，能夠實用于交通監控系統中，滿足實時性要求。

附圖說明

圖1是去霧算法流程模塊圖；

圖2是FPGA框架圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。

基于FPGA的實時視頻去霧系統，所述系統是利用視頻去霧算法基于FPGA的視頻采集及處理平臺實現，包括基于FPGA的電路設計、去霧算法所采用的FPGA的IP核以及去霧算法的FPGA裝置。

上述系統采集視頻數據原始寬度為8bits；單通道最大分辨率為1280×720，分辨率可調；最大分辨率下最大幀率為30fps；RGB色彩輸出；HDMI視頻輸出。

如圖1所示，上述FPGA電路包括：PCB電路板、電壓為5V或3.3V或2.5V的供電電源及配置接口。根據需要靈活配置接口，所述接口包括攝像頭接口、預留以太網口、串口、JTAG、HDMI1.3兼容接口。

上述FPGA的IP核包括攝像頭采集模塊、HDMI輸出模塊、濾波器、變換器、矩陣點乘和矩陣點除。

上述去霧算法的FPGA裝置包括攝像頭采集模塊、最小值濾波、Boxfilter構成的Guidefilter模塊，空氣光A的估算模塊，t的計算和圖像的回復模塊以及HDMI輸出模塊(如圖2所示)。

上述濾波器包括最大值濾波器、最小值濾波器、均值濾波器、中值濾波器、高斯濾波器、Boxfilter濾波器和Guided?filter濾波器；