CN104320622A - 一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，包括：默认参数设定模块，用于接收定义的默认参数；初始化模块，用于根据默认参数进行系统初始化，并设定系统退出信号；视频图像输入模块，用于获取摄像头拍摄的图像数据并进行压缩编码；视频图像缓存模块，用于存储经视频输入模块处理后的图像数据；视频图像增强模块，用于采用直方图均衡化处理方法对视频图像缓存模块中的图像数据进行增强处理，并保存至视频图像缓存模块；视频图像输出模块，用于将增强处理后的图像数据输出。与现有技术相比，本发明可以较好地实现弱光照情况下对监控对象的实时监控。

Description

一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统

技术领域

本发明涉及属于图像处理与检测和嵌入式结合的领域，尤其是涉及一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统。

背景技术

随着科技的发展，电力系统的智能化管理和监控已变为未来电力行业的主要发展趋势和方向，尤其是近些年来机器视觉在电力系统中的广泛应用。由于电力系统中电网建设施工涉及到项目管理、土木建筑、电气等多个专业，以及日常设施维护的繁琐，电力行业还是一个对实地环境要求较高的行业，行业交叉作业明显、施工环境恶劣、实际地形的复杂不一、加之各种潜在的施工安全风险和安全隐患，所以引入视频监控，并对摄像头所采集的图像进行处理优化，直接得到便于工作人员进行下一步操作的图像，既可以避免以上的众多问题，又利于施工人员之间的交流。

视频增强技术的发展是紧随着视频技术的发展而进行的，视频是一组数字图像序列组成，在图像采集、传输或变换的过程中，会受到各种客观因素的影响，如光照、噪声以及相对运动等，这样便会导致获取和传输的图像与原始图像产生一定的差异，不利于工作人员的观察、施工和后续相应的操作，图像增强技术正是在这种情况下提出的。图像增强的方法主要分为基于空间域的增强方法和基于频率域的增强方法两类。图像增强一般包括亮度增强和色彩增强，使视频达到高清要求。现有的图像增强系统还存在增强效果不佳等不足。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，将直方图均衡化的图像增强算法融合在开源视频服务器软件中，有效提高图像清晰度，可以较好地实现弱光照情况下对监控对象的实时监控。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，包括：

默认参数设定模块，用于接收定义的默认参数；

初始化模块，用于根据默认参数进行系统初始化，并设定系统退出信号；

视频图像输入模块，用于获取摄像头拍摄的图像数据并进行压缩编码；

视频图像缓存模块，用于存储经视频输入模块处理后的图像数据；

视频图像增强模块，用于采用直方图均衡化处理方法对视频图像缓存模块中的图像数据进行增强处理，并保存至视频图像缓存模块；

视频图像输出模块，用于将增强处理后的图像数据输出。

所述的开源服务器软件为多线程同步工作方式，初始化模块进行初始化时，同时设定互斥锁和条件变量。

所述的初始化模块对视频图像输入模块的初始化包括摄像头描述数据的初始化，所述的摄像头描述数据包括摄像头接口信息、图片高度和宽度、图片格式以及摄像头抓取方式。

所述的增强处理具体为：

1)抓取一帧图像数据，根据数据帧的大小判断获取的数据帧是否符合要求，若是，则执行步骤2)，若否，则丢弃该数据帧，重新执行步骤1)；

2)判断获取的图像数据的格式是否为JPEG格式，若是，则直接执行步骤3)，若否，则将获取的图像数据的格式转化为JPEG格式后，执行步骤3)；

3)将JPEG格式的图像数据分为R、G、B三个彩色分量分别进行直方图均衡化处理，再将处理后的数据合并为增强后的彩色图像。

所述的视频图像输出模块将增强处理后的图像数据通过有线或无线网络发送给浏览器端，所述的浏览器端包括计算机或手机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明设置图像增强模块，将直方图均衡化的图像增强算法融合在开源视频服务器软件中，增加了图像灰度值的动态范围，从而达到了增强图像整体对比度的效果，能实时得到清晰、流畅的实时画面；

(2)能够实现在诸如地下变电站、地下采矿等光照条件不好的环境下的视频增强实时监控，工作人员可以在地面通过无线方式连接该系统，从而对地下的施工进行有效监控和指挥，使用方便。

(3)本发明主要是基于无线传输的便携式视频增强监控装置，体积小，携带方便，信号抗干扰能力强，支持USB热拔插，能够快速恢复视频监控画面，并采用市场上普遍使用的充电器进行充电。

(4)本发明在具备中继功能的路由器下能够同时挂载，以此扩大所要监控对象的范围。

附图说明

图l为本发明系统的工作流程示意图；

图2为本发明初始化模块的工作流程示意图；

图3为本发明视频图像增强模块的工作流程示意图；

图4为本发明系统处理前后的视频图像对比示意图，其中，(4a)为处理前的视频图像，(4b)为处理后的视频图像。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例l

本实施例提供一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，包括默认参数设定模块、初始化模块、视频图像输入模块、视频图像缓存模块、视频图像增强模块和视频图像输出模块，如图l所示，本系统各模块的工作流程具体为：

默认参数设定模块接收定义的默认参数，同时分析这些参数，将得到的结果传递给相关组件；初始化模块根据默认参数进行系统初始化，并设定系统退出信号，若开源服务器软件为多线程同步工作方式，初始化模块进行初始化时，同时设定互斥锁和条件变量：视频图像输入模块获取摄像头拍摄的图像数据并进行压缩编码；视频图像缓存模块存储经视频输入模块处理后的图像数据；视频图像增强模块采用直方图均衡化处理方法对视频图像缓存模块中的图像数据进行增强处理，并保存至视频图像缓存模块；视频图像输出模块将增强处理后的图像数据输出；系统等待下一次信号。

当选择使用免驱USB摄像头时，input_uvc将是一个必选的输入组件，作为视频图像输入模块，在对其进行初始化的初始化函数input_init用到了网络摄像头设备描述数据结构vdIn，它包括了V4L2的接口信息、图片高度和宽度、图片格式、摄像头抓取方式等，完成对网络摄像头正常运行的定义。

如图2所示，初始化模块进行初始化的过程具体为：初始化缺省的默认参数；调用函数pthread_mutex_init()初始化硬件控制互斥锁；将传递来的单个参数字符串转化为字符串数组；调用函数getopt_long_only()解析参数，并将结果赋值给相关变量；为网络摄像头设备描述数据结构vdIn分配内存；打开摄像头设备并初始化数据结构。

本实施例采用的摄像头型号是天敏S606摄像头，采集到的图像格式是YUYV，但是此开源服务器软件不能直接压缩YUYV格式的图像，所以要先在系统中安装libjpeg库，为后续的YUYV压缩为JPEG格式做铺垫。YUYV格式的图像压缩为JPEG格式时是逐行压缩的，在如下的循环内完成转换压缩：

如图3所示，视频图像增强模块的增强处理具体为：

1)抓取一帧数据；

2)根据获取的图像数据帧的大小，丢弃不符合要求的数据帧(因为毁坏帧要比正常数据帧小得多)；

3)判断获取的图像数据的格式是否为JPEG格式，若是，则直接执行步骤4)，若否，则将获取的图像数据的格式转化为JPEG格式后，执行步骤4)；

4)将JPEG格式的图像数据分为R、G、B三个彩色分量分别进行直方图均衡化处理，再将处理后的数据合并为增强后的彩色图像，并保存；

5)更新数据帧，返回步骤2)。

直方图均衡化处理程序在如下嵌套循环中完成：

本发明系统是基于空间域的增强方法中的直方图均衡化对每一帧图像进行增强处理，然后再连续输出。直方图均衡化是将原图像的直方图通过变换函数修正为均匀的直方图，然后按均衡直方图修正原图像。具体就是把一副已知灰度概率分布的图像，经过一种变换，使之演变成一幅具有均匀概率分布的新图像。当图像的直方图为均匀分布时，图像的信息熵最大，此时图像包含的信息量最大，图像就显得明亮清晰。这样就增加了图像灰度值的动态范围，从而达到了增强图像整体对比度的效果。

直方图均衡化的一般步骤如下：

(1)统计出原图像各灰度级灰度直方图：

$P\left(r_k\right)=\frac{n_k}{N}(k=\mathrm{0,1,2},...L-1)---\left(1\right)$

其中n_k为第k级灰度的像素个数，N为整幅图像的总像素个数，r_k为第k个灰度级，L为灰度基数。P(r_k)为rk灰度级出现的相对频数(即归一化)。

(2)利用原图像概率密度函数Pr(r_k)求出直方图均衡化的变换函数T(r)：

$s=T\left(r\right)={\∫}_0^r{p}_r\left(r\right)\mathrm{dr}(0\≤r\≤1)---\left(2\right)$

以上是以连续随机变量为基础的，应用于数字图像处理中的离散形式为：

$\begin{array}{c}{s}_k=T\left(r_k\right)={\mathrm{\Σ}}_{j=0}^k{p}_r\left(r_j\right)={\mathrm{\Σ}}_{j=0}^k\frac{n_r}{n}\\ 0\≤r_j\≤1,k=\mathrm{0,1,2}...L-1\end{array}---\left(3\right)$

(3)利用变换函数对原图像的统计直方图做变换，得到新的灰度图像。

(4)进行近似的处理，将新灰度代替旧灰度，同时将灰度值相等或近似的每个灰度直方图合并在一起，得到Ps(s)。

摄像头采集的数据帧经增强处理后保存至视频图像缓存模块，视频图像输出模块将增强处理后的图像数据通过有线或无线网络发送给浏览器端。视频图像输出模块(输出组件)的结构方式类似于输入组件，由若干接口函数组成，包括output_init、output_stop、output_run、output_cmd等。调用函数output_run创建server_thread的线程，通过TCP协议与浏览器建立连接，一旦收到连接请求建立连接后则启动client_thread线程服务于这个建立的连接，在client_thread线程中，通过解析从端口收到的浏览器端的请求来进行不同的响应，从而从全局缓冲区复制一帧图像发送到网页上。循环进行上述步骤，在视觉上便会形成图像增强后的视频流。所述的浏览器端可以为计算机或手机。

本发明将直方图均衡化的图像增强算法融合在开源视频服务器软件中，形成一套全新的视频增强实时监控系统。针对嵌入式设备在进行多媒体数据处理时存在资源限制或无法分配的问题，本发明主要针对RAM和CPU有限的资源而编写，减少了CPU的负担，将图像压缩编码的任务交给网络摄像头来完成，使得CPU的占有率极大降低，可以完美的解决资源使用问题，得到清晰、流畅的实时画面，处理前后的视频图像对比如图4所示。

实施例2

本实施例中，摄像头型采集到的图像格式是JPEG格式，视频图像增强模块可直接采用直方图均衡化处理方法对视频图像缓存模块中的图像数据进行增强处理。其余同实施例1。

Claims (5)

1.一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，其特征在于，包括：

默认参数设定模块，用于接收定义的默认参数；

初始化模块，用于根据默认参数进行系统初始化，并设定系统退出信号；

视频图像输入模块，用于获取摄像头拍摄的图像数据并进行压缩编码；

视频图像缓存模块，用于存储经视频输入模块处理后的图像数据；

视频图像增强模块，用于采用直方图均衡化处理方法对视频图像缓存模块中的图像数据进行增强处理，并保存至视频图像缓存模块；

视频图像输出模块，用于将增强处理后的图像数据输出。

2.根据权利要求1所述的一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，其特征在于，所述的开源服务器软件为多线程同步工作方式，初始化模块进行初始化时，同时设定互斥锁和条件变量。

3.根据权利要求1所述的一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，其特征在于，所述的初始化模块对视频图像输入模块的初始化包括摄像头描述数据的初始化，所述的摄像头描述数据包括摄像头接口信息、图片高度和宽度、图片格式以及摄像头抓取方式。

4.根据权利要求1所述的一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，其特征在于，所述的增强处理具体为：

1)抓取一帧图像数据，根据数据帧的大小判断获取的数据帧是否符合要求，若是，则执行步骤2)，若否，则丢弃该数据帧，重新执行步骤1)；

2)判断获取的图像数据的格式是否为JPEG格式，若是，则直接执行步骤3)，若否，则将获取的图像数据的格式转化为JPEG格式后，执行步骤3)；

3)将JPEG格式的图像数据分为R、G、B三个彩色分量分别进行直方图均衡化处理，再将处理后的数据合并为增强后的彩色图像。

5.根据权利要求1所述的一种开源服务器软件的嵌入式视频增强系统，其特征在于，所述的视频图像输出模块将增强处理后的图像数据通过有线或无线网络发送给浏览器端，所述的浏览器端包括计算机或手机。