專利名稱：一種實(shí)時(shí)視頻去霧處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種實(shí)時(shí)視頻去霧處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的很多戶外應(yīng)用，如城市交通、視頻監(jiān)控、智能車輛等，都要求圖像特征的檢測(cè)具備魯棒性。然而，在霧、霾等天氣條件下，大氣中懸浮的大量微小水滴、氣溶膠的散射作用導(dǎo)致采集的圖像嚴(yán)重降質(zhì)，這極大地限制和影響了戶外系統(tǒng)的功能。因此，有必要對(duì)降質(zhì)視頻進(jìn)行自動(dòng)、魯棒、實(shí)時(shí)的處理，才能適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需求。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中，常用大氣散射模型來(lái)描述霧、霾天氣條件下場(chǎng)景的成像過(guò)程。最近提出的單幅圖像去霧算法在大氣散射模型的基礎(chǔ)上利用圖像數(shù)據(jù)本身構(gòu)造約束場(chǎng)景反照率或(和)景深的假設(shè)條件。Tan假設(shè)局部區(qū)域的環(huán)境光為常數(shù)，以及對(duì)比度顯著增強(qiáng)。該算法旨在增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。盡管明顯地改善了圖像的視見(jiàn)度，然而，由于沒(méi)有從物理模型上恢復(fù)真實(shí)場(chǎng)景反照率，恢復(fù)后的顏色顯得過(guò)飽和，且在景深突變的交界區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的Halo效應(yīng)。He等假設(shè)在至少一個(gè)顏色通道的局部區(qū)域內(nèi)，場(chǎng)景反照率趨于0，使用最小值濾波對(duì)介質(zhì)傳播函數(shù)進(jìn)行粗估計(jì)。然后，用圖像摳圖的解析解算法對(duì)介質(zhì)傳播函數(shù)進(jìn)行細(xì)化。然而，這樣的細(xì)化并不合理。在所用的代價(jià)函數(shù)中，數(shù)據(jù)項(xiàng)起著很小的作用。但若提高正則參數(shù)的取值，則景深突變邊緣處的顏色易產(chǎn)生過(guò)沖失真。Kratz等假設(shè)場(chǎng)景反照率和景深是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，并可用正則概率先驗(yàn)對(duì)它們建模。需根據(jù)特定圖像選取景深先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，且根?jù)經(jīng)驗(yàn)給定先驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械膮?shù)。Tarel等假設(shè)大氣耗散函數(shù)在可行域中逼近最大值，且局部變化平緩。利用中值濾波的變形形式估計(jì)大氣耗散函數(shù)。但是，中值濾波并非好的邊緣保持濾波器，不恰當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置易引入Halo效應(yīng)。此外，基于數(shù)據(jù)假設(shè)的單幅圖像去霧算法均存在計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)的問(wèn)題，難以應(yīng)用到實(shí)際場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)視頻去霧處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的算法存在的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)，難以應(yīng)用到實(shí)際場(chǎng)合的問(wèn)題。一種實(shí)時(shí)視頻去霧處理系統(tǒng)，其特征在于，是在一個(gè)數(shù)字集成電路中實(shí)現(xiàn)的，設(shè)有數(shù)據(jù)讀取單元U1、判斷單元U2、天空亮度估計(jì)單元U3、大氣光照白平衡單元U4、大氣耗散圖像估計(jì)單元U5、以及清晰場(chǎng)景恢復(fù)單元TO，其中數(shù)據(jù)讀取單元U1，逐幀讀取視頻中待處理圖像的數(shù)據(jù)從所述待處理視頻當(dāng)前鏡頭中讀取一幀由R、G、B三個(gè)顏色分量組成的待處理圖像I(X) = (Ικ(X)，Ie(x)，Ib(X) )τ，簡(jiǎn)稱I(x)，下同，所述待處理圖像I(X)的高為Nh個(gè)像數(shù)，寬為Nw個(gè)像數(shù)，χ表示二維空間坐標(biāo)，用向量表示為(m，n)，0彡m彡Nh-1，0彡η彡Nw-I，m、n、Nh、Nw均為非負(fù)整數(shù)；判斷單元U2，接收來(lái)自所述數(shù)據(jù)讀取單元的一幀待處理圖像I (χ)，作為當(dāng)前幀圖像，且執(zhí)行以下步驟若所述待處理圖像I(X)為當(dāng)前鏡頭中前K幀中的一幀，K = 50，發(fā)送至所述天空亮度估計(jì)單元U3，若否，則為非前K幀，發(fā)送至大氣光照白平衡單元U4 ；天空亮度估計(jì)單元U3，設(shè)有降采樣子單元U31、中心最小亮度值獲取子單元U32、 天空區(qū)域獲取子單元U33以及天空亮度值估計(jì)子單元U34，其中降采樣子單元U31，從所述判斷單元U2輸入所述待處理圖像I (χ)，I (χ)經(jīng)降采樣后，再裁剪出降采樣圖像的上半部分ψ (X)，X為二維空間坐標(biāo)，中心最小亮度值獲取子單元U32，從所述降采樣子單元U31輸入所述降采樣圖像的上半部分Ψ (X)，依次按照以下步驟計(jì)算各像素的最小亮度值第一步，對(duì)于每一個(gè)像素X，計(jì)算對(duì)應(yīng)坐標(biāo)處的R、G、B三個(gè)顏色分量的最小值，構(gòu)成一幅最小顏色分量圖像L(X)第二步，遍歷所述L(X)中的像素，對(duì)于每一個(gè)像素X，計(jì)算以像素χ為中心的鄰域 Ω (χ)內(nèi)所有像素y的最小值，構(gòu)成一幅最小值濾波圖像IminOO
權(quán)利要求
1. 一種實(shí)時(shí)視頻去霧處理系統(tǒng)，其特征在于，是在一個(gè)數(shù)字集成電路中實(shí)現(xiàn)的，設(shè)有 數(shù)據(jù)讀取單元(Ul)、判斷單元(似)、天空亮度估計(jì)單元(TO)、大氣光照白平衡單元(U4)、大氣耗散圖像估計(jì)單元(U5)、以及清晰場(chǎng)景恢復(fù)單元(TO)，其中數(shù)據(jù)讀取單元(Ul)，逐幀讀取視頻中待處理圖像的數(shù)據(jù)從所述待處理視頻當(dāng)前鏡頭中讀取一幀由R、G、B三個(gè)顏色分量組成的待處理圖像I(x) = (Ik⑴，Ig(X)，Ib(X))τ，簡(jiǎn)稱 I(x)，下同，所述待處理圖像I(X)的高為Nh個(gè)像數(shù)，寬為Nw個(gè)像數(shù)，χ表示二維空間坐標(biāo)， 用向量表示為(m，η)，0彡m彡Nh-1，0彡η彡Nw-I，m、n、Nh、Nw均為非負(fù)整數(shù)；判斷單元(似)，接收來(lái)自所述數(shù)據(jù)讀取單元的一幀待處理圖像I (χ)，作為當(dāng)前幀圖像，且執(zhí)行以下步驟若所述待處理圖像I(X)為當(dāng)前鏡頭中前K幀中的一幀，K = 50，發(fā)送至所述天空亮度估計(jì)單元(U3)，若否，則為非前K幀，發(fā)送至大氣光照白平衡單元(U4)；天空亮度估計(jì)單元(U3)，設(shè)有降采樣子單元(U31)、中心最小亮度值獲取子單元 (U32)、天空區(qū)域獲取子單元(U33)以及天空亮度值估計(jì)子單元(U34)，其中降采樣子單元(U31)，從所述判斷單元(似)輸入所述待處理圖像I(X)，I(X)經(jīng)降采樣后，再裁剪出降采樣圖像的上半部分Ψ (χ)，χ為二維空間坐標(biāo)，中心最小亮度值獲取子單元(U32)，從所述降采樣子單元(U31)輸入所述降采樣圖像的上半部分Ψ (χ)，依次按照以下步驟計(jì)算各像素的最小亮度值第一步，對(duì)于每一個(gè)像素X，計(jì)算對(duì)應(yīng)坐標(biāo)處的R、G、B三個(gè)顏色分量的最小值，構(gòu)成一幅最小顏色分量圖像L(X)L (x) = ( min (χ)),\ce{R,G,B}7第二步，遍歷所述L(X)中的像素，對(duì)于每一個(gè)像素X，計(jì)算以像素X為中心的鄰域Ω (χ)內(nèi)所有像素y的最小值，構(gòu)成一幅最小值濾波圖像Imin(X)^min ( ) = min L(y), ye^(x)其中，Ω (χ)表示以坐標(biāo)χ為中心的正方形鄰域，正方形的邊長(zhǎng)為所述降采樣圖像的上半部分Ψ (χ)的寬和高中較短邊的0.025倍，c表示顏色通道，χ表示二維空間坐標(biāo)，Ψ。(χ) 表示所述降采樣圖像的上半部分Ψ (χ)的各顏色分量圖像，c e {R，G，B}分別表示R、G、B 顏色通道，y為所述Ω (χ)內(nèi)的二維坐標(biāo)點(diǎn)，天空區(qū)域獲取子單元(U3!3)，根據(jù)設(shè)定的亮度閾值Tu，將來(lái)自所述中心最小亮度值獲取子單元(U32)輸出的所述Imin(X)中亮度不小于所述閾值Tu的像素點(diǎn)作為天空區(qū)域，將所述Imin(X)中的像素按像素值從大到小排列，前30%像素中的最小像素值設(shè)定為亮度閾值T ，天空亮度值估計(jì)子單元(U34)，將從所述Imin(X)中選取已檢測(cè)出的所述天空區(qū)域中各顏色分量中最亮的像素點(diǎn)的像素值作為天空亮度值A(chǔ) = (Ae, Ag, Αβ)τ，并計(jì)算當(dāng)前幀圖像的天空亮度值A(chǔ)與前面各幀圖像的天空亮度值的平均值i = (Ar,Ag,Ab)t；大氣光照白平衡單元(U4)，由校正子單元(U41)和歸一化子單元(U42)串接而成，其中校正子單元(U41)，利用來(lái)自所述天空亮度值估計(jì)子單元(U34)的平均天空亮度值的各顏色分量Ie代替Max-RGB白平衡算法中的各顏色分量最大值，對(duì)所述待處理圖像進(jìn)行校正得到校正后的白平衡圖像/Α,設(shè)k表示當(dāng)前幀的序號(hào)，若K，則輸入來(lái)自天空亮度值估計(jì)子單元(U34)的天空亮度值的平均值若k > K，則輸入前K幀圖像的天空亮度值的平均值J,歸一化子單元⑴似)，按下式計(jì)算所述校正后的白平衡圖像IA與1之間的最小值，獲取歸一化校正圖像Γ (χ)
全文摘要
一種實(shí)時(shí)視頻去霧系統(tǒng)屬于圖像處理領(lǐng)域，其特征在于在一個(gè)數(shù)字集成電路中設(shè)有數(shù)據(jù)讀取單元、判斷單元、天空亮度估計(jì)單元、大氣光照白平衡單元、大氣耗散圖像估計(jì)單元、以及清晰場(chǎng)景恢復(fù)單元，對(duì)待處理視頻當(dāng)前鏡頭中的前K幀，估計(jì)其天空區(qū)域并從中計(jì)算天空亮度值，再用白平衡算法通過(guò)天空亮度值校正待處理圖像中大氣光照的顏色，并歸一化白平衡圖像，求出各顏色分量的最小值作為粗估計(jì)圖像，并據(jù)此用邊緣保持平滑方法計(jì)算出細(xì)化后的大氣耗散圖像，再由此計(jì)算出大氣的場(chǎng)景反照率，以進(jìn)行去霧復(fù)原處理。對(duì)于分辨率為288×352的CIF格式視頻，處理速度可達(dá)60fps，分辨率為576×720的D1格式視頻，可達(dá)15fps，能實(shí)用于交通監(jiān)控系統(tǒng)中，達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)H04N9/68GK102170574SQ20111013457
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者彭力, 禹晶, 肖創(chuàng)柏 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)