CN104202577A - 一种车载雾天视频清晰化系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车载雾天视频清晰化系统，其特征在于：系统设有采集车辆前方图像的图像采集单元，所述图像采集单元将采集的信号经视频解码器输送至视频处理器，所述的视频处理器将处理后的信号经视频编码器输送至驾驶室内的显示单元显示。本发明采用红外摄像机确保能够全天候的进行图像获取，采用DSP作为中央处理器进行图像的处理，工作性能高，功耗低，效率高，实时性好，准确率高，此外该系统结构简单，各部件成本低，耗材少，易于普及并方便添加装配。

Description

一种车载雾天视频清晰化系统及其方法

技术领域

本发明涉及车辆安全领域，尤其涉及一种能够在特殊天气环境下显示车辆前方图像的视频系统。

背景技术

伴随着人类工业化进程的不断前进，空气污染也越来越严重，导致一年中大雾天气所占比例在逐年增加，而雾使大气能见度降低，图像的颜色和对比度会出现退化现象，给人们的出行带来极大的不便。特别是对于目前驾驶员来说，一旦起雾，汽车的安全行驶是每位司机最头痛的问题。而目前在大雾天气，车辆仅仅是通过开启雾灯减缓车速的方式来确保行车安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够在雾天获取车辆前方清晰的图像信息的系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车载雾天视频清晰化系统，其特征在于：系统设有采集车辆前方图像的图像采集单元，所述图像采集单元将采集的信号经视频解码器输送至视频处理器，所述的视频处理器将处理后的信号经视频编码器输送至驾驶室内的显示单元显示。

所述图像采集单元为红外摄像头，所述红外摄像头安装在汽车的前保险杠上，所述显示单元为仪表台中央显示屏、或者HUD抬头显示仪、或者为固定在仪表台上的外置显示器，该系统通过USB接口连接车载电源USB电源为整个系统供电。

所述视频处理器连接有用于对所获取的图像数据进行存储、输出的SDRAM数据存储空间和Flash程序存储空间。

一种车载雾天视频清晰化方法：

步骤1、系统启动/复位；

步骤2、图像采集单元将模拟视频信号通过解码装置转换成数字视频信号输送至视频处理器，进行信号加强算法的处理后再将增强后的数字视频信号输送至编码装置；

步骤3、编码装置将数字信号编码成模拟视频信号输送至显示单元显示。

所述的步骤2按照以下步骤进行

a、视频处理器将Flash程序存储空间的数据转移到SDRAM数据存储空间，之后视频处理器进行初始化设置；

b、视频处理器接收采集的图像信号；

c、视频处理器将采集的每一帧数据存储到SDRAM数据存储空间；

d、视频处理器依次对每一帧图像进行处理；

e、将处理后的图像存储在输出缓存

f、循环步骤c至e。

所述步骤d中的处理方法如下，视频处理器将获取的图像从RGB空间转换到HSI空间，对亮度I分量用单尺度Retinex估计出与场景深度信息相关的雾气遮罩度，从亮度I分量中除去所估算的雾气遮罩度，则可得到亮度I分量的反射分量；然后利用双边滤波器，提取雾气遮罩度的反射分量和亮度I的反射分量进行融合，并对饱和度S进行线性拉伸；最后转换到RGB空间即可得到增强后的图像。

所述步骤d中的处理方法如下，

(1)把原图从RGB空间转换到HSI空间；

(2)用单尺度Retinex提取亮度I分量的光照分量L(x,y)，再用雾气遮罩度l(x,y)和亮度I分量相乘，再取反，得到与场景深度相关的雾气遮罩度l’(x,y)；

(3)亮度I分量除去雾气遮罩度l’(x,y)，结果为亮度I分量的反射分量r’(x,y)；

(4)用双边滤波处理雾气遮罩度l’(x,y)，得到l′_b(x，y)，然后用l_d′(x，y)＝exp{log[1-l′(x，y)-logl′_b(x，y)]},可得雾气遮罩度的反射分量l′_b(x，y)；

(5)把l′_b(x，y)和亮度I的反射分量r’(x,y)相融合，得到增强后的亮度I图像I’(x,y)；

(6)对饱和度S通过 $s^{\′}(x,y)=\frac{s(x,y)-\min }{\max -\min }$ 进行拉伸；

(7)转换到RGB空间，得到所增强图像。

本发明采用红外摄像机确保能够全天候的进行图像获取，采用DSP作为中央处理器进行图像的处理，工作性能高，功耗低，效率高，实时性好，准确率高，此外该系统结构简单，各部件成本低，耗材少，易于普及并方便添加装配。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为本发明车载雾天视频清晰化装置的硬件总体框架图；

图2为本发明车载雾天视频清晰化装置的软件流程图；

图3为本发明车载雾天视频清晰化装置的算法总体流程图。

具体实施方式

参见图1可知，车载雾天视频清晰化系统设有采集车辆前方图像的图像采集单元，图像采集单元将采集的信号经视频解码器输送至视频处理器，视频处理器将处理后的信号经视频编码器输送至驾驶室内的显示单元显示。系统工作原理是现将图像采集单元采集的模拟视频信号通过解码装置转换成数字视频信号，然后通过图像处理单元进行信号加强算法的处理，再把增强后的数字视频信号通过编码装置编码成模拟视频信号，最后传到显示单元显示，从而实现雾天安全行车。

图像采集单元优选红外摄像头，适用于在夜间或光线较暗的场合对前方图像信息的实时采集，这样确保整个系统能够全天候工作，红外摄像头安装在汽车的前保险杠上，这样视野开阔，所摄图像更贴近实际。

显示单元为仪表台中央显示屏、或者HUD抬头显示仪、或者为固定在仪表台上的外置显示器，方便后期未装配的车辆改装，该系统通过USB接口连接车载电源USB电源为整个系统供电，避免内部接线，简化安装步骤。

解码装置采用视频解码器SAA7115，该芯片内部包含高质量视频解码模块和图像缩放模块，能输出多种分辨率的图像。编码装置采用视频编码器SAA7105,能输出标准清晰度的电视信号。

视频处理器连接有用于对所获取的图像数据进行存储、输出的SDRAM数据存储空间和Flash程序存储空间。

基于上述系统，车载雾天视频清晰化方法：

步骤1、系统启动/复位；

步骤2、图像采集单元将模拟视频信号通过解码装置转换成数字视频信号输送至视频处理器，进行信号加强算法的处理后再将增强后的数字视频信号输送至编码装置；

步骤3、编码装置将数字信号编码成模拟视频信号输送至显示单元显示。

如图2所示，其中步骤2按照以下步骤进行

a、视频处理器将Flash程序存储空间的数据转移到SDRAM数据存储空间，之后视频处理器进行初始化设置；

b、视频处理器接收采集的图像信号；

c、视频处理器将采集的每一帧数据存储到SDRAM数据存储空间；

d、视频处理器依次对每一帧图像进行处理；

e、将处理后的图像存储在输出缓存

f、循环步骤c至e。

其中步骤d的处理方法如下：

图像处理单元采用DSP视频处理器，将获取的图像从RGB空间转换到HSI空间，对亮度I分量用单尺度Retinex估计出与场景深度信息相关的雾气遮罩度，从亮度I分量中除去所估算的雾气遮罩度，即可得到亮度I分量的反射分量；然后利用双边滤波器，提取雾气遮罩度的反射分量和亮度I的反射分量进行融合，并对饱和度S进行线性拉伸；最后转换到RGB空间即可得到增强后的图像。

Retinex理论主要包含了两个方面的内容:物体的颜色是由物体对长波、中波和短波光线的反射能力决定的,而不是由反射光强度的绝对值决定的；物体的色彩不受光照非均性的影响,具有一致性。

依据Retinex的色彩理论,我们提出了一种实现图像增强的方法,这种方法主要包括以下几个步骤:

(1)数据准备。如果输入图像为彩色图像,则将其划分为R,G,B三个波段；将每个像素的值由整数转换为浮点数。

(2)计算每个波段内相对明暗感觉。

(3)数据显示。将每个波段内像素间的相对明暗关系确定的色彩值转换为RGB值以便能在现有的设备中显示和使用。

具体来说，步骤d的算法如图3所示：

(1)把原图从RGB空间转换到HSI空间；

(2)用单尺度Retinex提取亮度I分量的光照分量L(x,y)，对L(x,y)求均值得到即为求取均分分布的雾气遮罩度，再用雾气遮罩度l(x,y)和亮度I分量相乘，再取反，得到与场景深度相关的雾气遮罩度l’(x,y)，即l′(x，y)＝1-I(x，y)×l(x，y)；

(3)亮度I分量除去雾气遮罩度l’(x,y)，结果为亮度I分量的反射分量r’(x,y)，即r′(x，y)＝exp{log[L(x，y)]-log[l′(x，y)]}；

(4)用双边滤波处理雾气遮罩度l’(x,y)，得到l′_b(x，y)，然后用l_d′(x，y)＝exp{log[1-l′(x，y)-logl′_b(x，y)]},可得雾气遮罩度的反射分量l′_b(x，y)；

(5)把l′_b(x，y)和亮度I的反射分量r’(x,y)进行线性相加融合，得到增强后的亮度图像I’(x,y)，即I′(x，y)＝a×l′_d(x，y)+b×r′(x，y)；

(6)对饱和度S通过进行拉伸，max为饱和度图像的最大像素值，min为饱和度图像的最小像素值，s’(x,y)为线性拉伸后的饱和度图像；

(7)转换到RGB空间，得到所增强图像。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车载雾天视频清晰化系统，其特征在于：系统设有采集车辆前方图像的图像采集单元，所述图像采集单元将采集的信号经视频解码器输送至视频处理器，所述的视频处理器将处理后的信号经视频编码器输送至驾驶室内的显示单元显示。

2.根据权利要求1所述的车载雾天视频清晰化系统，其特征在于：所述图像采集单元为红外摄像头，所述红外摄像头安装在汽车的前保险杠上，所述显示单元为仪表台中央显示屏、或者HUD抬头显示仪、或者为固定在仪表台上的外置显示器，该系统通过USB接口连接车载电源USB电源为整个系统供电。

3.根据权利要求1或2所述的车载雾天视频清晰化系统，其特征在于：所述视频处理器连接有用于对所获取的图像数据进行存储、输出的SDRAM数据存储空间和Flash程序存储空间。

4.一种车载雾天视频清晰化方法，其特征在于：

步骤1、系统启动/复位；

步骤2、图像采集单元将模拟视频信号通过解码装置转换成数字视频信号输送至视频处理器，进行信号加强算法的处理后再将增强后的数字视频信号输送至编码装置；

步骤3、编码装置将数字信号编码成模拟视频信号输送至显示单元显示。

5.根据权利要求4所述的车载雾天视频清晰化方法，其特征在于：所述的步骤2按照以下步骤进行

a、视频处理器将Flash程序存储空间的数据转移到SDRAM数据存储空间，之后视频处理器进行初始化设置；

b、视频处理器接收采集的图像信号；

c、视频处理器将采集的每一帧数据存储到SDRAM数据存储空间；

d、视频处理器依次对每一帧图像进行处理；

e、将处理后的图像存储在输出缓存

f、循环步骤c至e。

6.根据权利要求5所述的车载雾天视频清晰化方法，其特征在于：所述步骤d中的处理方法如下，视频处理器将获取的图像从RGB空间转换到HSI空间，对亮度I分量用单尺度Retinex估计出与场景深度信息相关的雾气遮罩度，从亮度I分量中除去所估算的雾气遮罩度，则可得到亮度I分量的反射分量；然后利用双边滤波器，提取雾气遮罩度的反射分量和亮度I的反射分量进行融合，并对饱和度S进行线性拉伸；最后转换到RGB空间即可得到增强后的图像。

7.根据权利要求5或6所述的车载雾天视频清晰化方法，其特征在于：所述步骤d中的处理方法如下，

(1)把原图从RGB空间转换到HSI空间；

(2)用单尺度Retinex提取亮度I分量的光照分量L(x,y)，再用雾气遮罩度l(x,y)和亮度I分量相乘，再取反，得到与场景深度相关的雾气遮罩度l’(x,y)；

(3)亮度I分量除去雾气遮罩度l’(x,y)，结果为亮度I分量的反射分量r’(x,y)；

(4)用双边滤波处理雾气遮罩度l’(x,y)，得到l′_b(x，y)，然后用l_d′(x，y)＝exp{log[1-l′(x，y)-logl′_b(x，y)]},可得雾气遮罩度的反射分量l′_b(x，y)；

(5)把l′_b(x，y)和亮度I的反射分量r’(x,y)相融合，得到增强后的亮度I图像I’(x,y)；

(6)对饱和度S通过 $s^{\′}(x,y)=\frac{s(x,y)-\min }{\max -\min }$ 进行拉伸；

(7)转换到RGB空间，得到所增强图像。