CN104394302A - 一种基于fpga的实时视频去雾系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的实时视频去雾系统，所述系统是利用视频去雾算法基于FPGA的视频采集及处理平台实现，包括基于FPGA的电路设计、去雾算法所采用的FPGA的IP核以及去雾算法的FPGA装置。本发明提供的系统能实时完成图像采集、处理、校正的工作，将转换后的图像用HDMI输出。且该系统包括PCB电路板和FPGA芯片设计两部分，最终实现实时的视频去雾处理。所述系统采用FPGA并行计算加速处理，对于大小为1280×720的单幅低照度图像，处理时间可达0.03s，能够实用于交通监控系统中，满足实时性要求。

Description

一种基于FPGA的实时视频去雾系统

技术领域

本发明涉及图像处理与计算机视觉领域，尤其涉及一种基于FPGA的低照度视频实时处理系统。

背景技术

雾天图像往往存在能见度低、灰度集中、对比度低的缺点，这对于公共交通、社区监控、生产生活等都带来了不利的影响，雾天降质图像的清晰化处理是图像处理和机器视觉领域共同关心的重要问题。对有雾图像进行去雾可以改善图像的视觉效果，例如大多数的室外视频工作系统，如城市交通、车辆辅助系统、视频监控等，但是在雾天情况下，由于场景的能见度降低，导致采集到的图像严重降质，极大地限制了系统的正常工作，因此实时消除图像中的雾气，使处理后的图像更加清晰化，才能适应实际应用的需求。

有雾图像的复原算法有多种的实现方式，从大类上可以分为基于对比度增强的复原方法和基于大气散射物理模型的复原算法。基于大气散射物理模型的复原算法由于复原效果自然，算法复杂度低等优点，目前已经成为主流的有雾图像的复原算法。其中由Kaiming He提出的一种基于暗通道的单一图像去雾方法最为引人关注，并同时围绕暗通道的概念进一步研究出了一系列的去雾方法。

图像的实时处理，要求图像处理系统有巨大的数据吞吐量、存储和计算能力。目前有多种平台可以实现数字图像处理，如PC,DSP,GPU,FPGA等，这些平台有着各自的优缺点。根据应用对象的不同选取不同的实现平台可以取得比较好的处理效果。大规模可编程逻辑器件(简称FPGA)，具有并行计算，性能强大，灵活性高，开发周期短等优势，大大提高了系统的集成度，灵活性和通用性。图像处理是FPGA的一个主要应用领域，FPGA基于查找表的架构特点，非常适合作为图像的采集和显示中的数据通路，而FPGA丰富的资源也在提高数字系统的集成度方面有广泛的应用，同时FPGA也在图像的预处理，如伽马校正和图像去噪等预处理有着广泛的应用，目前在图像处理领域特别是压缩，解压缩芯片的快速原型设计有很多的应用。FPGA相对于DSP,PC等传统图形处理平台，具有并行计算的先天优势，对于图像的预处理等需要巨大的数据吞吐能力的应用场合，优势特别明显。

在此背景下，我们提出了基于FPGA和暗通道实时视频去雾方法，采用FPGA实现该算法，充分发挥了FPGA并行计算和流水线技术的优势，可以有效的保证系统的实时性。雾天降质图像对比度增强的实时处理，具有广阔的应用背景，在这方面展开研究颇有意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于FPGA的实时视频去雾系统。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种基于FPGA的实时视频去雾系统，所述系统是利用视频去雾算法基于FPGA的视频采集及处理平台实现，包括基于FPGA的电路设计、去雾算法所采用的FPGA的IP核以及去雾算法的FPGA装置。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本发明采用FPGA并行计算加速处理，对于大小为1280×720的单幅低照度图像，处理时间可达0.03s，能够实用于交通监控系统中，满足实时性要求。

附图说明

图1是去雾算法流程模块图；

图2是FPGA框架图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

基于FPGA的实时视频去雾系统，所述系统是利用视频去雾算法基于FPGA的视频采集及处理平台实现，包括基于FPGA的电路设计、去雾算法所采用的FPGA的IP核以及去雾算法的FPGA装置。

上述系统采集视频数据原始宽度为8bits；单通道最大分辨率为1280×720，分辨率可调；最大分辨率下最大帧率为30fps；RGB色彩输出；HDMI视频输出。

如图1所示，上述FPGA电路包括：PCB电路板、电压为5V或3.3V或2.5V的供电电源及配置接口。根据需要灵活配置接口，所述接口包括摄像头接口、预留以太网口、串口、JTAG、HDMI1.3兼容接口。

上述FPGA的IP核包括摄像头采集模块、HDMI输出模块、滤波器、变换器、矩阵点乘和矩阵点除。

上述去雾算法的FPGA装置包括摄像头采集模块、最小值滤波、Boxfilter构成的Guidefilter模块，空气光A的估算模块，t的计算和图像的回复模块以及HDMI输出模块(如图2所示)。

上述滤波器包括最大值滤波器、最小值滤波器、均值滤波器、中值滤波器、高斯滤波器、Boxfilter滤波器和Guided filter滤波器；

上述变换器包括RGB to YUV颜色空间变换器、YUV to RGB颜色空间变换器和快速傅里叶变换器。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，所述系统是利用视频去雾算法基于FPGA的视频采集及处理平台实现，包括基于FPGA的电路设计、去雾算法所采用的FPGA的IP核以及去雾算法的FPGA装置。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，所述系统采集视频数据原始宽度为8bits；单通道最大分辨率为1280×720，分辨率可调；最大分辨率下最大帧率为30fps；RGB色彩输出；HDMI视频输出。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，所述FPGA电路包括：PCB电路板、电压为5V或3.3V或2.5V的供电电源及配置接口。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，所述FPGA的IP核包括摄像头采集模块、HDMI输出模块、滤波器、变换器、矩阵点乘和矩阵点除。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，所述去雾算法的FPGA装置包括摄像头采集模块、最小值滤波、Boxfilter构成的Guidefilter模块，空气光A的估算模块，t的计算和图像的回复模块以及HDMI输出模块。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时视频去雾系统，其特征在于，

所述滤波器包括最大值滤波器、最小值滤波器、均值滤波器、中值滤波器、高斯滤波器、Boxfilter滤波器和Guided filter滤波器；

所述变换器包括RGB to YUV颜色空间变换器、YUV to RGB颜色空间变换器和快速傅里叶变换器。