CN104581096A - 一种复用视频传输光端机 - Google Patents

Abstract

一种复用视频传输光端机，包括视频处理模块、视频到光信号转换模块、光信号转视频信号模块。本发明的视频处理模块将CameraLink数字相机传输来的高速差分串行视频数据转换为数字RGB视频图像，然后利用大气透射过程的物理模型，对图像作亮度增强和透雾处理。视频到光信号转换模块，对接收的视频使用光发单元转换为光信号，然后送至光信号到视频转换模块。光信号转视频信号模块，将光信号转换为串行数字RGB视频数据，然后使用标准的CameraLink？Base接口转换为高速差分串行视频数据。当天气或环境条件恶劣导致发送出的图像质量不高时，本发明光端机对视频传输信号进行图像增强和去雾处理，使得接收到的视频图像始终保持较高质量。

Description

一种复用视频传输光端机

技术领域

本发明涉及一种复用数字视频信号传输光端机，特别是一种能对视频图像作有效的增强和去雾处理、适用于有多路高速视频信号传输的在苛刻天气条件下能保持较高视频信号质量的光端机。

背景技术

在恶劣的天气、环境下，视频图像质量将受到很大的影响，传统的现有图像增强和去雾方法一般只能在PC机上对图像作单帧处理，无法在视频信号传输过程中即时提升图像质量，这大大制约了图像增强算法的应用范围。另外现有的图像增强算法原理比较复杂，也限制了它在视频传输光端机上的实现与应用。因此，现有的光端机一般不具备专门用于对图像进行增强和去雾的视频处理模块，难以在恶劣的天气环境下提供高质量的视频传输信号。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能够有效图像增强去雾处理且时分复用的复用视频传输光端机。

本发明的技术解决方案是：一种复用视频传输光端机，包括视频处理模块、视频到光信号转换模块、光信号到视频转换模块，其中

视频处理模块，使用标准的CameraLink Base接口将CameraLink数字相机传输来的差分串行视频数据转换为并行的数字RGB视频图像I_src(x)，对图像中每一个像素位置作求最小值操作

$I_{\mathrm{dark}}\left(x\right)=\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left({I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)\right)\right)$

其中，Ω(x)为以像素x为中心的矩形区域，x为并行的数字RGB视频图像中的像素，数字RGB视频图像I_src(x)包括三个颜色通道{r,g,b}，I_src ^c为c颜色通道的数字RGB视频图像；

得到暗通道图像I_dark(x)，在I_dark(x)中选取最亮部分的像素后得到其对应在并行的数字RGB视频图像I_src(x)中各个像素的亮度并选择亮度最大的值作为大气光亮度A，然后对输入图像进行去雾后得到无雾图像J_src(x)为

$\frac{I_{\mathrm{src}}\left(x\right)-A}{t\left(x\right)}+A$

然后进行亮度补偿得到发送图像后送至视频到光信号转换模块中的移位寄存器，其中，γ取值范围为1.2-1.5，

$t\left(x\right)=1-\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left(\frac{{I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)}{A^c}\right)\right),$

A^c为c颜色通道的大气光亮度；

视频到光信号转换模块，包括移位寄存器、光发单元、标准LC单模光纤接头；移位寄存器接收视频处理模块发送的发送图像并将数字RGB视频数据串行输出至光发单元；光发单元将串行数字RGB视频数据转换为光信号后送至标准LC单模光纤接头；标准LC单模光纤接头将光信号发送至光信号到视频转换模块中的标准LC单模光纤接头；

光信号到视频转换模块，包括标准LC单模光纤接头、光收单元、移位寄存器、标准的CameraLink Base接口；标准LC单模光纤接头作为光纤接口接收视频到光信号转换模块发送的光信号后送至光收单元；光收单元将光信号转换为串行数字RGB视频数据并送至移位寄存器；移位寄存器将串行数字RGB视频数据转换为并行数字RGB视频数据后送至标准的CameraLinkBase接口；标准的CameraLink Base接口接收并行数字RGB视频数据然后转换为差分串行视频数据并输出。

所述的Ω(x)为以像素x为中心的15像素*15像素的矩形区域。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明光端机具备专门用于对图像进行增强和去雾的视频处理模块，保证了光端机在恶劣的天气环境下提供高质量的视频传输信号；

(2)本发明光端机只需要1对光模块，减少了光模块的使用数量，降低了整机的体积和功耗，更加轻便经济。

附图说明

图1为本发明复用视频传输光端机结构图；

图2为本发明图像增强和去雾的工作原理图。

具体实施方式

本发明复用视频传输光端机如图1所示包括视频处理模块、视频到光信号转换模块、光信号到视频转换模块。

本发明复用视频传输光端机通过完成多路CameraLink接口、色差接口和光纤接口之间信号的相互转换，实现了视频信号数据的透明传输，另外为了保证视频信号质量，本发明复用视频传输光端机还具备视频图像增强和去雾功能。传统光端机为完成接口之间信号的相互转换、实现数据的透明传输，一般分为复用光端机发射端和接收端两部分，发射端实现了CameraLink电接口信息到光接口信息的转换，光端机的接收端将混合的图像和串行通信数据进行分离，分别送入各自的接收机端口，还原CameraLink接口信号。

本发明主要在视频处理模块中增加图像增强和去雾功能，对视频信号质量进行有效提升，实现视频传输过程中对图像质量的即时优化，提供一种适用于恶劣天气条件和特殊环境应用下的复用光端机。

视频处理模块中图像增强和去雾算法的工作流程如图2所示，

(1)暗通道图像

使用标准的CameraLink Base接口将CameraLink数字相机传输来的高速差分串行视频数据转换为并行的三个颜色通道的数字RGB视频I_src，对图像每一个像素位置作求最小值操作，即

$I_{\mathrm{dark}}\left(x\right)=\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left({I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)\right)\right)$

得到暗通道图像I_dark，它与输入图像I_src大小相同，颜色通道数为1，其中，x为并行的数字RGB视频图像中的像素，{r,g,b}为数字RGB视频图像的三个颜色通道，I_src ^c为c颜色通道的数字RGB视频图像；

(2)大气光亮度估计

从I_dark中选取最亮的部分像素，并在其中寻找其在输入图像I_src中的亮度大小，选择其中的最大值作为对大气光亮度A的估计；

(3)透射率图像计算

假设在一个局部区域内，大气透射率t是恒定的，那么对大气透射模型的局部区域与颜色通道作求最小值的操作，根据大气透射模型有

$\underset{c}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left(\frac{{I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)}{A^c}\right)\right)=t\left(x\right)\underset{c}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left(\frac{{J_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)}{A^c}\right)\right)+(1-t\left(x\right))$

根据暗原色先验理论：

$J_{\mathrm{dark}}\left(x\right)=\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left({J_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)\right)\right)=0$

综合以上两式，可得

$t\left(x\right)=1-\underset{c}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left(\frac{{I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)}{A^c}\right)\right)$

从而计算出透射率图像I_trans，其中I_trans每一个像素x的值是将t(x)约束在图像颜色范围(0-255)内，得到大气透射率t在每一个局部区域窗口内的估计，其中，Ω(x)为以像素x为中心的15像素*15像素的矩形区域，J_src ^c为c颜色通道的图像去雾化后的图像，A^c为c颜色通道的大气光亮度。

(4)无雾图像计算

根据得到的大气透射率t与大气光亮度估计A以及大气透射模型，我们可以直接得到物体反射光亮度：

$J_{\mathrm{src}}\left(x\right)=\frac{I_{\mathrm{src}}\left(x\right)-A}{t\left(x\right)}+A$

依照该公式，对输入图像进行去雾，得到了无雾图像I_dst＝J_src.

(5)亮度补偿

由于在处理过程中对光亮度的削减，需要按照大气光亮度估计的大小对图像进行亮度补偿，根据之前得到的大气光亮度估计值A，适当选择伽马亮度曲线的参数γ，则补偿之后的亮度可以表示为：

$J_{\mathrm{src}}^g\left(x\right)=J_{\mathrm{src}}{\left(x\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}$

其中，γ为大气光亮度A归一化值的1.5倍，取值范围为1.2-1.5，从而得到最终的去雾图像并送至视频到光信号转换模块。

视频到光信号转换模块，接收视频处理模块发送的发送图像并使用移位寄存器将数字RGB视频数据串行输出，然后使用光发单元将串行数字RGB视频数据转换为光信号，采用标准LC单模光纤接头作为光纤接口将光信号发送至光信号到视频转换模块。

光信号到视频转换模块，采用标准LC单模光纤接头作为光纤接口，接收视频到光信号转换模块发送的光信号，然后使用光信号到视频转换模块中的光收单元将光信号转换为串行数字RGB视频数据，并采用移位寄存器转换为并行数字RGB视频数据然后使用标准的CameraLink Base接口转换为高速差分串行视频数据。当天气或环境条件恶劣，发送出的图像质量不高时，本发明光端机中的视频处理模块对视频传输信号进行图像增强和去雾处理，使得接收到的视频图像始终保持较高质量。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种复用视频传输光端机，其特征在于包括视频处理模块、视频到光信号转换模块、光信号到视频转换模块，其中

视频处理模块，使用标准的CameraLink Base接口将CameraLink数字相机传输来的差分串行视频数据转换为并行的数字RGB视频图像I_src(x)，对图像中每一个像素位置作求最小值操作

$I_{\mathrm{dark}}\left(x\right)=\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left({I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)\right)\right)$

其中，Ω(x)为以像素x为中心的矩形区域，x为并行的数字RGB视频图像中的像素，数字RGB视频图像I_src(x)包括三个颜色通道{r,g,b}，I_src ^c为c颜色通道的数字RGB视频图像；

得到暗通道图像I_dark(x)，在I_dark(x)中选取最亮部分的像素后得到其对应在并行的数字RGB视频图像I_src(x)中各个像素的亮度并选择亮度最大的值作为大气光亮度A，然后对输入图像进行去雾后得到无雾图像J_src(x)为

$\frac{I_{\mathrm{src}}\left(x\right)-A}{t\left(x\right)}+A$

然后进行亮度补偿得到发送图像后送至视频到光信号转换模块中的移位寄存器，其中，γ取值范围为1.2-1.5，

$t\left(x\right)=1-\underset{c\∈\{r,g,b\}}{\min }\left(\underset{y\∈\mathrm{\Ω}\left(x\right)}{\min }\left(\frac{{I_{\mathrm{src}}}^c\left(y\right)}{A^c}\right)\right),$

A^c为c颜色通道的大气光亮度；

视频到光信号转换模块，包括移位寄存器、光发单元、标准LC单模光纤接头；移位寄存器接收视频处理模块发送的发送图像并将数字RGB视频数据串行输出至光发单元；光发单元将串行数字RGB视频数据转换为光信号后送至标准LC单模光纤接头；标准LC单模光纤接头将光信号发送至光信号到视频转换模块中的标准LC单模光纤接头；

光信号到视频转换模块，包括标准LC单模光纤接头、光收单元、移位寄存器、标准的CameraLink Base接口；标准LC单模光纤接头作为光纤接口接收视频到光信号转换模块发送的光信号后送至光收单元；光收单元将光信号转换为串行数字RGB视频数据并送至移位寄存器；移位寄存器将串行数字RGB视频数据转换为并行数字RGB视频数据后送至标准的CameraLinkBase接口；标准的CameraLink Base接口接收并行数字RGB视频数据然后转换为差分串行视频数据并输出。

2.根据权利要求1所述的一种复用视频传输光端机，其特征在于：所述的Ω(x)为以像素x为中心的15像素*15像素的矩形区域。