基於fpga實現數字視頻圖像增強系統及其方法
2023-06-14 05:29:51 1
基於fpga實現數字視頻圖像增強系統及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統及方法，其中，所述基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，主要包括對當前幀圖像去霧處理步驟以及對當前幀圖像的增透處理步驟，上述對視頻圖像的去霧處理步驟通過暗原色先驗去霧算法實現，能夠實現較佳的去霧效果，而上述對當前幀圖像的增透處理步驟則通過圖像直方圖均衡化算法實現，能夠實現低照度的灰濛圖像轉化成清晰的圖像效果。本發明通過採用上述的圖像去霧步驟以及圖像增透步驟，能夠圖像的亮度、對比度及色彩飽和度，使圖像更清晰、通透及色彩飽滿。
【專利說明】基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字視頻處理【技術領域】，尤其涉及一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統及其方法。
【背景技術】
[0002]圖像增強技術在其他領域早已有廣泛的應用:如攝影領域用於照片的後期處理，Photoshop、Iightroom等專業後期處理軟體都有強大的圖像增強的功能；近年來很多視頻播放器也集成了圖像增強功能，如KMplayer的銳化、YUV擴散、自動色階控制等、暴風影音的左眼增強。其實現效果可以為視頻監控領域所借鑑。近年來視頻監控領域也開始注意到圖像增強技術應用的價值，從圖像傳感器直接獲取到的圖像往往因為質量不高而不符合後續處理和應用的要求，需要經過各種加工和變換等處理步驟以提高質量，利於後續步驟的處理和應用，並且滿足人類的視覺或應用需求。
[0003]現有技術中也有一些圖像增強方法，如申請日為:2010年4月15公開的申請號為:201010153257.2的中國專利公開了一種圖像增強方法及系統，所述方法包括:將上一幀圖像由RGB空間變換到灰度空間，獲得上一幀圖像對應的灰度圖像，計算所述灰度圖像的灰度平均值，並將所述灰度平均值與預設的閾值進行比較，獲得灰度比較結果；對所述上一幀圖像進行對比度拉伸，對比度拉伸參數根據所述灰度比較結果確定；將對比度拉伸後的圖像與所述上一幀圖像進行圖像融合，獲得增強後的圖像。利用上述的圖像增強方法處理對比度較差的圖像，可以為用戶提供對比度更清晰、包含細節信息更多的圖像。上述的圖形增強方法通過將對比度拉伸後的圖像與所述上一幀圖像進行圖像融合，以達到增強圖像的目的。然而，上述圖像增強方法受環境影響的較大，如霧天導致圖像灰濛時，利用上述方法圖像增強方法並不能使圖像恢復到較好的亮度、對比度及色彩呈現，使之更適於人眼觀察。又如傍晚環境照度較低時，灰度層次降低，圖像給人的主觀感受灰濛，利用上述方法提升圖像的對比度和色彩飽和度有限，圖像的效果並不理想。有鑑於此，有必要對上述的圖像增強方法進行進一步的改進。
【發明內容】
[0004]本發明提出了一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統及其方法，主要解決的是現有技術中圖像增強方法受環境的影響大，容易引起的圖像灰濛、層次感及色彩飽和度不足的問題。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是:提供一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，包括對當前幀圖像去霧處理步驟以及對當前幀圖像的增透處理步驟；
[0006]所述「對視頻圖像的去霧處理步驟」是通過暗原色先驗去霧算法實現的，具體包括如下步驟:
[0007]S11、對上一幀圖像進行預處理，得到上一幀圖像對應的灰度圖像，與原圖像對齊後輸出；
[0008]S12、取灰度圖像RGB通道最小值作為對應像素暗原色值，以此求取暗原色圖，並對暗原色圖進行灰度分布統計，取像素點數目多於200個的最大灰度級作為大氣光值；
[0009]S13、根據暗原色圖及大氣光值求取透過率圖，並將透過率圖作為當前幀圖像去霧處理的參考值；
[0010]S14、根據上一幀圖像求取的透過率圖及大氣光值對當前幀圖像進行去霧處理；
[0011]S15、輸出去霧處理的當前幀圖像；
[0012]所述「對視頻圖像的增透處理步驟」是通過圖像直方圖均衡化算法實現的，具體包括如下步驟:
[0013]S21、統計上一幀圖像各灰度級的像素點數目，得到上一幀圖像的直方圖；
[0014]S22、設定像素點數目閾值，將所有灰度級中像素點數目大於該閾值的部分累加，然後將累加結果均分至所有灰度級中；
[0015]S23、對修改後的直方圖中各灰度級的像素點進行累加；
[0016]S24、輸入去霧後的當前幀圖像，並根據拋物線方程得出直方圖均衡化圖像；
[0017]S25、輸出均衡化處理的當前幀圖像。
[0018]在一具體的方案中，所述步驟Sll預處理上一幀圖像具體包括步驟:
[0019]SI 11、提取上一幀圖像的R`GB視頻數據，並將RGB視頻數據轉換成YUV空間數據；
[0020]S112、提取YUV空間數`據中的灰度數據Y，並將灰度數據Y轉換成RGB空間數據後得到上一幀圖像的灰度圖像。
[0021]其中，所述步驟S13中上一幀圖像的透過率的計算公式如下:
[0022]t=l-wdmax/A
[0023]其中，t是透過率，w是調整因子，dmax是根據暗原色圖平均值進行天空區域與正常區域劃分優化後的暗原色值，A是大氣光成分的灰度級。
[0024]其中，所述步驟S14中暗原色先驗去霧公式如下:
[0025]J= (1-A)/t+A
[0026]其中，J是去霧後的圖像，I是輸入的有霧圖像，A是大氣光成分的灰度級，t是透過率。
[0027]其中，所述步驟S23中的拋物線公式為:
【權利要求】
1.一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，包括對當前幀圖像去霧處理步驟以及對當前幀圖像的增透處理步驟； 所述「對當前視頻圖像的去霧處理步驟」是通過暗原色先驗去霧算法實現的，具體包括如下步驟: 511、對上一幀圖像進行預處理，得到上一幀圖像對應的灰度圖像，與原圖像對齊後輸出； 512、取灰度圖像RGB通道最小值作為對應像素暗原色值，以此求取暗原色圖，並對暗原色圖進行灰度分布統計，取像素點數目多於200個的最大灰度級作為大氣光值； 513、根據暗原色圖及大氣光值求取透過率圖，並將透過率圖作為當前幀圖像去霧處理的參考值； 514、由上一幀圖像求取的透過率圖及大氣光值對當前幀圖像進行去霧處理； 515、輸出去霧處理的當前幀圖像； 所述「對視頻圖像的增透處理」步驟通過圖像直方圖均衡化算法實現的，具體包括步驟: 521、統計上一幀圖像各灰度級的像素點數目，得到上一幀圖像的直方圖； 522、設定像素點數目閾值，將所有灰度級中像素點數目大於該閾值的部分累加，然後將累加結果均分至所有灰度級中； 523、對修改後的直方圖中各灰度級的像素點進行累加； 524、輸入去霧後的當前幀圖像，並根據拋物線方程得出直方圖均衡化圖像； 525、輸出均衡化處理的當前幀圖像。
2.根據權利要求1所述的基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，所述步驟Sll預處理上一幀圖像具體包括步驟: 5111、提取上一幀圖像的RGB視頻數據，並將RGB視頻數據轉換成YUV空間數據； 5112、提取YUV空間數據中的灰度數據Y，並將灰度數據Y轉換成RGB空間數據後得到上一幀圖像的灰度圖像。
3.根據權利要求1所述的基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，所述步驟S13中上一幀圖像的透過率的計算公式如下:
t=l-wdmax/A, 其中，t是透過率，w是調整因子，dmax是根據暗原色圖平均值進行天空區域與正常區域劃分優化後的暗原色值，A是大氣光成分的灰度級。
4.根據權利要求1所述的基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，所述步驟S14中暗原色先驗去霧公式如下:
J=(1-A)/t+A 其中，J是去霧後的圖像，I是輸入的有霧圖像，A是大氣光成分的灰度級，t是透過率。
5.根據權利要求1所述的基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，所述步驟S23中的拋物線公式為:
y = a{-)n
S 其中，y是映射後的灰度級，a是最大灰度級係數，b是輸入圖像灰度級對應的上一幀圖像像素點的累加結果，S是圖像的總的有效像素點數目，η是拋物線的係數。
6.根據權利要求1所述的基於FPGA實現數字視頻圖像增強的方法，其特徵在於，所述步驟S12中得出上一幀圖像的暗原色圖後還包括，求取暗原色圖的灰度級的平均值的步驟。
7.一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統，其特徵在於，包括對當前幀圖像去霧處理裝置以及對當前幀圖像的增透處理裝置； 所述去霧處理裝置包括， 預處理模塊，用於對上一幀圖像進行預處理，得到與上一幀圖像相對應的灰度圖像，與原圖像對齊後輸出； 暗原色圖求取模塊，用於取灰度圖像RGB通道最小值作為對應像素暗原色值，以此求取暗原色圖，並對暗原色圖進行灰度分布統計，取像素點數目多於200個的最大灰度級作為大氣光值； 透過率計算模塊，用於根據暗原色圖及大氣光值求取透過率圖，並將透過率圖作為當前幀圖像去霧處理的參考值； 去霧處理模塊，用於根據上一幀圖像求取的透過率圖及大氣光值對當前幀圖像進行去霧處理； 第一輸出模塊，用於輸出去霧處理的當前幀圖像； 所述直方圖均衡化模塊包括，` 直方圖統計模塊，用於統計上一幀圖像各灰度級的像素點數目，得到上一幀圖像的直方圖； 直方圖修改模塊，用於根據設定像素點數目閾值，將所有灰度級中像素點數目大於該閾值的部分累加，然後將累加結果均分至所有灰度級中； 直方圖累加模塊，用於對修改後的直方圖中各灰度級的像素點進行累加； 拋物線線性變換模塊，用於輸入去霧後的當前幀圖像，並根據拋物線方程得出直方圖均衡化圖像； 第二輸出模塊，用於輸出均衡化處理的當前幀圖像。
8.根據權利要求7所述的一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統，其特徵在於，所述預處理模塊還包括， RGB-YUV單元，用於提取上一幀圖像的RGB視頻數據，並將RGB視頻數據轉換成YUV空間數據； YUV-RGB單元，用於提取YUV空間數據中的灰度數據Y，並將灰度數據Y轉換成RGB空間數據後得到上一幀圖像的灰度圖像。
9.根據權利要求7所述的一種基於FPGA實現數字視頻圖像增強系統，其特徵在於，所述暗原色圖求取模塊還包括暗原色圖的灰度級平均值求取單元，用於計算暗原色圖灰度級的平均值。
【文檔編號】G06T5/40GK103714520SQ201310732749
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】周維鋒 申請人:深圳英飛拓科技股份有限公司