基于fpga实现数字视频图像增强系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统及方法，其中，所述基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，主要包括对当前帧图像去雾处理步骤以及对当前帧图像的增透处理步骤，上述对视频图像的去雾处理步骤通过暗原色先验去雾算法实现，能够实现较佳的去雾效果，而上述对当前帧图像的增透处理步骤则通过图像直方图均衡化算法实现，能够实现低照度的灰蒙图像转化成清晰的图像效果。本发明通过采用上述的图像去雾步骤以及图像增透步骤，能够图像的亮度、对比度及色彩饱和度，使图像更清晰、通透及色彩饱满。
【专利说明】基于FPGA实现数字视频图像增强系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字视频处理【技术领域】，尤其涉及一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统及其方法。
【背景技术】
[0002]图像增强技术在其他领域早已有广泛的应用:如摄影领域用于照片的后期处理，Photoshop、Iightroom等专业后期处理软件都有强大的图像增强的功能；近年来很多视频播放器也集成了图像增强功能，如KMplayer的锐化、YUV扩散、自动色阶控制等、暴风影音的左眼增强。其实现效果可以为视频监控领域所借鉴。近年来视频监控领域也开始注意到图像增强技术应用的价值，从图像传感器直接获取到的图像往往因为质量不高而不符合后续处理和应用的要求，需要经过各种加工和变换等处理步骤以提高质量，利于后续步骤的处理和应用，并且满足人类的视觉或应用需求。
[0003]现有技术中也有一些图像增强方法，如申请日为:2010年4月15公开的申请号为:201010153257.2的中国专利公开了一种图像增强方法及系统，所述方法包括:将上一帧图像由RGB空间变换到灰度空间，获得上一帧图像对应的灰度图像，计算所述灰度图像的灰度平均值，并将所述灰度平均值与预设的阈值进行比较，获得灰度比较结果；对所述上一帧图像进行对比度拉伸，对比度拉伸参数根据所述灰度比较结果确定；将对比度拉伸后的图像与所述上一帧图像进行图像融合，获得增强后的图像。利用上述的图像增强方法处理对比度较差的图像，可以为用户提供对比度更清晰、包含细节信息更多的图像。上述的图形增强方法通过将对比度拉伸后的图像与所述上一帧图像进行图像融合，以达到增强图像的目的。然而，上述图像增强方法受环境影响的较大，如雾天导致图像灰蒙时，利用上述方法图像增强方法并不能使图像恢复到较好的亮度、对比度及色彩呈现，使之更适于人眼观察。又如傍晚环境照度较低时，灰度层次降低，图像给人的主观感受灰蒙，利用上述方法提升图像的对比度和色彩饱和度有限，图像的效果并不理想。有鉴于此，有必要对上述的图像增强方法进行进一步的改进。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统及其方法，主要解决的是现有技术中图像增强方法受环境的影响大，容易引起的图像灰蒙、层次感及色彩饱和度不足的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，包括对当前帧图像去雾处理步骤以及对当前帧图像的增透处理步骤；
[0006]所述“对视频图像的去雾处理步骤”是通过暗原色先验去雾算法实现的，具体包括如下步骤:
[0007]S11、对上一帧图像进行预处理，得到上一帧图像对应的灰度图像，与原图像对齐后输出；
[0008]S12、取灰度图像RGB通道最小值作为对应像素暗原色值，以此求取暗原色图，并对暗原色图进行灰度分布统计，取像素点数目多于200个的最大灰度级作为大气光值；
[0009]S13、根据暗原色图及大气光值求取透过率图，并将透过率图作为当前帧图像去雾处理的参考值；
[0010]S14、根据上一帧图像求取的透过率图及大气光值对当前帧图像进行去雾处理；
[0011]S15、输出去雾处理的当前帧图像；
[0012]所述“对视频图像的增透处理步骤”是通过图像直方图均衡化算法实现的，具体包括如下步骤:
[0013]S21、统计上一帧图像各灰度级的像素点数目，得到上一帧图像的直方图；
[0014]S22、设定像素点数目阈值，将所有灰度级中像素点数目大于该阈值的部分累加，然后将累加结果均分至所有灰度级中；
[0015]S23、对修改后的直方图中各灰度级的像素点进行累加；
[0016]S24、输入去雾后的当前帧图像，并根据抛物线方程得出直方图均衡化图像；
[0017]S25、输出均衡化处理的当前帧图像。
[0018]在一具体的方案中，所述步骤Sll预处理上一帧图像具体包括步骤:
[0019]SI 11、提取上一帧图像的R`GB视频数据，并将RGB视频数据转换成YUV空间数据；
[0020]S112、提取YUV空间数`据中的灰度数据Y，并将灰度数据Y转换成RGB空间数据后得到上一帧图像的灰度图像。
[0021]其中，所述步骤S13中上一帧图像的透过率的计算公式如下:
[0022]t=l-wdmax/A
[0023]其中，t是透过率，w是调整因子，dmax是根据暗原色图平均值进行天空区域与正常区域划分优化后的暗原色值，A是大气光成分的灰度级。
[0024]其中，所述步骤S14中暗原色先验去雾公式如下:
[0025]J= (1-A)/t+A
[0026]其中，J是去雾后的图像，I是输入的有雾图像，A是大气光成分的灰度级，t是透过率。
[0027]其中，所述步骤S23中的抛物线公式为:
【权利要求】
1.一种基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，包括对当前帧图像去雾处理步骤以及对当前帧图像的增透处理步骤； 所述“对当前视频图像的去雾处理步骤”是通过暗原色先验去雾算法实现的，具体包括如下步骤: 511、对上一帧图像进行预处理，得到上一帧图像对应的灰度图像，与原图像对齐后输出； 512、取灰度图像RGB通道最小值作为对应像素暗原色值，以此求取暗原色图，并对暗原色图进行灰度分布统计，取像素点数目多于200个的最大灰度级作为大气光值； 513、根据暗原色图及大气光值求取透过率图，并将透过率图作为当前帧图像去雾处理的参考值； 514、由上一帧图像求取的透过率图及大气光值对当前帧图像进行去雾处理； 515、输出去雾处理的当前帧图像； 所述“对视频图像的增透处理”步骤通过图像直方图均衡化算法实现的，具体包括步骤: 521、统计上一帧图像各灰度级的像素点数目，得到上一帧图像的直方图； 522、设定像素点数目阈值，将所有灰度级中像素点数目大于该阈值的部分累加，然后将累加结果均分至所有灰度级中； 523、对修改后的直方图中各灰度级的像素点进行累加； 524、输入去雾后的当前帧图像，并根据抛物线方程得出直方图均衡化图像； 525、输出均衡化处理的当前帧图像。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，所述步骤Sll预处理上一帧图像具体包括步骤: 5111、提取上一帧图像的RGB视频数据，并将RGB视频数据转换成YUV空间数据； 5112、提取YUV空间数据中的灰度数据Y，并将灰度数据Y转换成RGB空间数据后得到上一帧图像的灰度图像。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，所述步骤S13中上一帧图像的透过率的计算公式如下:
t=l-wdmax/A, 其中，t是透过率，w是调整因子，dmax是根据暗原色图平均值进行天空区域与正常区域划分优化后的暗原色值，A是大气光成分的灰度级。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，所述步骤S14中暗原色先验去雾公式如下:
J=(1-A)/t+A 其中，J是去雾后的图像，I是输入的有雾图像，A是大气光成分的灰度级，t是透过率。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，所述步骤S23中的抛物线公式为:
y = a{-)n
S 其中，y是映射后的灰度级，a是最大灰度级系数，b是输入图像灰度级对应的上一帧图像像素点的累加结果，S是图像的总的有效像素点数目，η是抛物线的系数。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA实现数字视频图像增强的方法，其特征在于，所述步骤S12中得出上一帧图像的暗原色图后还包括，求取暗原色图的灰度级的平均值的步骤。
7.一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统，其特征在于，包括对当前帧图像去雾处理装置以及对当前帧图像的增透处理装置； 所述去雾处理装置包括， 预处理模块，用于对上一帧图像进行预处理，得到与上一帧图像相对应的灰度图像，与原图像对齐后输出； 暗原色图求取模块，用于取灰度图像RGB通道最小值作为对应像素暗原色值，以此求取暗原色图，并对暗原色图进行灰度分布统计，取像素点数目多于200个的最大灰度级作为大气光值； 透过率计算模块，用于根据暗原色图及大气光值求取透过率图，并将透过率图作为当前帧图像去雾处理的参考值； 去雾处理模块，用于根据上一帧图像求取的透过率图及大气光值对当前帧图像进行去雾处理； 第一输出模块，用于输出去雾处理的当前帧图像； 所述直方图均衡化模块包括，` 直方图统计模块，用于统计上一帧图像各灰度级的像素点数目，得到上一帧图像的直方图； 直方图修改模块，用于根据设定像素点数目阈值，将所有灰度级中像素点数目大于该阈值的部分累加，然后将累加结果均分至所有灰度级中； 直方图累加模块，用于对修改后的直方图中各灰度级的像素点进行累加； 抛物线线性变换模块，用于输入去雾后的当前帧图像，并根据抛物线方程得出直方图均衡化图像； 第二输出模块，用于输出均衡化处理的当前帧图像。
8.根据权利要求7所述的一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统，其特征在于，所述预处理模块还包括， RGB-YUV单元，用于提取上一帧图像的RGB视频数据，并将RGB视频数据转换成YUV空间数据； YUV-RGB单元，用于提取YUV空间数据中的灰度数据Y，并将灰度数据Y转换成RGB空间数据后得到上一帧图像的灰度图像。
9.根据权利要求7所述的一种基于FPGA实现数字视频图像增强系统，其特征在于，所述暗原色图求取模块还包括暗原色图的灰度级平均值求取单元，用于计算暗原色图灰度级的平均值。
【文档编号】G06T5/40GK103714520SQ201310732749
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】周维锋 申请人:深圳英飞拓科技股份有限公司