一種在fpga上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在視頻監(jiān)控、攝像、導(dǎo)航控制、目標(biāo)跟蹤等技術(shù)領(lǐng)域，都涉及到對有霧圖像的處理。 在霧霾等惡劣天氣下物體的反射光在大氣中發(fā)生散射和吸收，導(dǎo)致獲取的圖像不清晰，信 息丟失，可視性差，色彩淡化。由于霧霾問題的特殊性，目前大多數(shù)都是從算法出發(fā)通過軟 件對圖像去霧。一些算法已經(jīng)獲得了很好的去霧效果，如在亮度分量上進(jìn)行多尺度Retinex 處理的去霧算法，雙邊濾波去霧算法，基于已知的景深模型的去霧算法，這些算法都需要一 些特定的先驗(yàn)信息，不利于系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)，也不利于實(shí)際應(yīng)用中硬件實(shí)現(xiàn)。對于單幅圖像 的快速去霧也有不少學(xué)者在研宄，如利用中值濾波及導(dǎo)向?yàn)V波細(xì)化透射率的去霧算法，僅 利用均值濾波估計(jì)全局大氣光的快速去霧算法，對大氣散射模型簡化后的快速去霧算法， 基于邊界鄰域最大值濾波的去霧算法，利用快速雙邊濾波保持邊緣特性的去霧算法，分割 不同霧濃度區(qū)域獲取大氣光的快速去霧算法，這些算法速度相對較快，但仍達(dá)不到實(shí)時處 理的需求，或者滿足不了對視頻處理的要求。
[0003] 在眾多去霧算法中，暗通道先驗(yàn)去霧算法是對有霧圖像的霧濃度進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)， 真正考慮到霧的存在及其影響，從而達(dá)到去霧的目的，去霧效果最為顯著。后來有人發(fā)現(xiàn)暗 通道先驗(yàn)理論并利用其求出粗略的大氣透射率，然后結(jié)合軟摳法（soft matting)得到了比 較細(xì)膩的透射率，去霧效果最為顯著，但該算法軟件運(yùn)算復(fù)雜度較高，導(dǎo)致針對圖像處理速 度較慢，無法滿足實(shí)時處理的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存 在的針對有霧圖像處理速度慢導(dǎo)致無法滿足實(shí)時處理要求的問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，包括以下步 驟：
[0006] 步驟1，輸入原圖，即彩色有霧圖像至FPGA，獲取彩色有霧圖像的R，G，B三個通道 的像素?cái)?shù)據(jù)并分別存入三個大小相同的只讀存儲器ROM中；
[0007] 步驟2,分別對三個通道的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行最小值濾波，并取其中最小值，即得到暗 通道；
[0008] 步驟3,將暗通道和R、G、B三個通道的數(shù)據(jù)分別采用閾值比較法并行計(jì)算求取三 個通道的全局大氣光A ;
[0009] 步驟4,根據(jù)全局大氣光A、簡化的暗通道和原圖求透射率t(x);具體方法為：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，輸入原圖，即彩色有霧圖像至FPGA，獲取彩色有霧圖像的R，G，B三個通道的像 素?cái)?shù)據(jù)并分別存入三個大小相同的只讀存儲器ROM中； 步驟2,分別對三個通道的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行最小值濾波，并取其中最小值，即得到暗通 道； 步驟3,將暗通道和R、G、B三個通道的數(shù)據(jù)分別采用閾值比較法并行計(jì)算求取三個通 道的全局大氣光A ; 步驟4,根據(jù)全局大氣光A、簡化的暗通道和原圖求透射率t(x);具體方法為：
式中，ω = [〇，l]，F(xiàn)(y)是各通道的圖像數(shù)據(jù)；Ae是各通道的全局大氣光；上標(biāo)c表示 R(紅），G(綠），B(藍(lán)）三個通道，Ω (X)表示X的一個鄰域，y為鄰域中的像素點(diǎn)，X為原 圖中的像素點(diǎn)； 其中，簡化的暗通道的獲取方法如下： 步驟4. 1，對步驟1中輸入的彩色有霧圖像采用邊緣檢測法檢測出邊緣圖像； 步驟4. 2,將邊緣圖像與原圖的R，G，B通道的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行比較，將R，G，B通道中與邊 緣圖像像素值一樣的像素點(diǎn)標(biāo)記出來，即得到邊緣部分，故將原圖劃分為邊緣部分和非邊 緣部分； 步驟4. 2,對邊緣部分保持原值不做處理，非邊緣部分進(jìn)行最小值濾波，并取R，G，B通 道中的最小值作為簡化的暗通道； 擊驟5,枏抿誘射鑾、女氣光A和原圖恢復(fù)m子霧圖像，具體為：
式中，I(X)為彩色有霧圖像，J(X)為恢復(fù)后的無霧圖像，h為閾值，取值0. 1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，其特征在于，所述步驟 2中最小值濾波的過程具體為： 步驟2. 1，將任一通道的像素?cái)?shù)據(jù)依次輸入到兩個行緩沖器中，并經(jīng)過列延時，形成 3X3模板； 步驟2. 2,將步驟2. 1中得到的3 X 3模板中的9個像素值均進(jìn)行最小值濾波，并取濾波 后其中最小的像素值作為暗通道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，其特征在于，所述步驟 2. 1具體為： A，將R0M_X中讀取的第一行數(shù)據(jù)先寫入行緩沖器2中；R0M_X代表任意一個通道的像 素?cái)?shù)據(jù)對應(yīng)的只讀存儲器，X為通道，取值為R，G，B，當(dāng)X為R時，R0M_R為只讀存儲器中存 儲R通道的像素?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)X為G時，R0M_G為只讀存儲器中存儲G通道的像素?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)X為B 時，R0M_B為只讀存儲器中存儲B通道的像素?cái)?shù)據(jù)； B，當(dāng)?shù)诙袛?shù)據(jù)到來時，將行緩沖器2當(dāng)中的第一行數(shù)據(jù)寫入行緩沖器1中，并將第二 行數(shù)據(jù)寫入行緩沖器2當(dāng)中； C，當(dāng)?shù)谌袛?shù)據(jù)到來時，將ROM_X輸出的數(shù)據(jù)以及兩個行緩沖器輸出的數(shù)據(jù)分別經(jīng)過 列延時形成3X3模板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，其特征在于，行緩沖器 1和行緩沖器2均采用FIFO實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，其特征在于，所述步驟 3中的閾值比較法具體為： 步驟3. 1，將X通道中所有暗通道數(shù)據(jù)依次與閾值h進(jìn)行比較，如果暗通道數(shù)據(jù)小于閾 值h，則將該暗通道數(shù)據(jù)對應(yīng)的像素點(diǎn)舍棄；如果暗通道數(shù)據(jù)大于閾值h，則將該暗通道數(shù) 據(jù)與原圖中該暗通道數(shù)據(jù)對應(yīng)位置上的像素值比較，并執(zhí)行步驟3. 2 ; 步驟3. 2,如果該暗通道數(shù)據(jù)大于原圖對應(yīng)位置上的像素值，則將原圖對應(yīng)位置上的像 素值作為A'值；如果該暗通道數(shù)據(jù)不大于原圖對應(yīng)位置上的像素值，則將該暗通道數(shù)據(jù) 作為Y值； 步驟3. 3,將步驟3. 2中得到的A '值與下一個暗通道數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并執(zhí)行步驟 3. 1~步驟3. 2,將最終得到的Y值作為X通道的全局大氣光A值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，包括以下步驟：輸入彩色有霧圖像至FPGA，獲取彩色有霧圖像的R，G，B三個通道的像素?cái)?shù)據(jù)并分別存入三個大小相同的只讀存儲器中；分別對三個通道的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行最小值濾波，并取其中最小值，即得到暗通道；將暗通道和R、G、B三個通道的數(shù)據(jù)分別采用閾值比較法并行計(jì)算求取三個通道的全局大氣光；根據(jù)全局大氣光、簡化的暗通道和原圖求透射率；根據(jù)透射率、大氣光和原圖恢復(fù)出無霧圖像。本發(fā)明的一種在FPGA上實(shí)現(xiàn)的圖像去霧方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的針對有霧圖像處理速度慢導(dǎo)致無法滿足實(shí)時處理要求的問題。
【IPC分類】G06T5-00
【公開號】CN104751421
【申請?zhí)枴緾N201510104930
【發(fā)明人】胡遼林, 劉光飛, 安靖宇
【申請人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月10日