[发明专利]基于DSP的雾天视频处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像增强的雾天视频处理系统以及利用该系统进行雾天视频清晰化处理的方法，属于数字图像处理以及视频监控技术领域。

背景技术

在我国构建和谐社会及其建设小康社会的进程中，大众最关心的热点问题是安全问题，视频监控系统以图像监视为手段，对现场图像进行实时监视与录像，可以让工作人员直观地掌握现场情况，但是，视频监控系统，尤其是室外工作的视频监控系统，当遇到有雾天气的时候，拍摄的视频退化明显，不利于人眼的观察与后续的分析。

雾是当空气分子的相对湿度达到饱和，一些空气分子被浓缩成小水滴时产生的，这些大气中的气溶胶粒子会对成像光线有散射作用。散射造成的光线损失会使“透射光”强度衰减，从而造成图像的对比度下降。而气溶胶粒子的不均匀性会导致图像变得模糊不清。同时，气溶胶粒子对光线的散射部分也会因多次散射的作用，和原有的前向散射部分叠加在一起成像，从而产生一定的模糊。上述各种作用的总和，造成最后雾天图像会产生严重的退化，模糊不清，对比度偏低，景物的细节特征被掩盖，色彩不饱和和失真。当前的许多去雾算法，都存在有效性与实时性之间的矛盾，故如何调节这种矛盾，在尽量满足去雾效果要求的前提下，提高算法速率成为当今迫切需要解决的问题。

目前，随着计算机处理速度的提升，使得以数字图像处理为基础的视频处理技术已经广泛的应用于社会安全监控的各个方面，视频具有的直观、实时、信息量大的优点是其他监控设备所难以企及的。在我国，利用数字图像处理技术进行视频的预处理有着迫切的需求。目前大部分的监控设备都只是单纯的摄像头采集图像，随后将其送入数据采集卡中进行A/D转换，再通过显示器显示出来。这个过程缺乏对采集图像的预处理，尤其在像雾天这种环境下，采集到的图像其自身有严重的缺点，不利于监控人员的观察，从而对于突发事情不能及时得到需要的信息。等到对录像处理之后，再根据得到的信息采取必要的行动显然已经错过了事情处理的最佳时期。故在图像采集到之后就进行相应的处理来提高图像清晰度、对比度、恢复颜色信息变得尤其重要。视频是由一帧帧图像连续放映组成，故对每一帧图像处理存在实时性的要求。DSP芯片作为一种采用专业的硬件结构对数据处理进行优化的数字信号处理器，其体积小、计算快的优点使其成为本发明的首选处理设备。

要对雾天图像进行处理，首先要了解雾天图像的特点，以及当前已有去雾算法的优缺点。雾天图像的特点是：对比度低、颜色特征衰减、整体模糊、细节不清晰。目前，对于雾天图像处理的算法主要分为两类：基于图像处理的雾天图像增强算法和基于雾天模型的雾天图像复原算法。图像增强算法能有效提高对比度，突出细节，但是没有考虑到雾天图像中景深的多样性，因而有时无法得到很好地效果。基于物理模型的图像复原算法针对性强，得到的结果自然，能够取得较为理想的去雾效果。由于雾是跟场景深度有关的一个量，因此基于物理模型的单幅图像去雾实际上是个欠约束问题。[HE K,SUN J,TANG X.Single image haze removal using dark channel prior[C].IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,Miami,USA:IEEE Press,2009:1956-1963.]文中提出一种称为“暗通道”的先验假设，该先验假设是基于对无雾自然场景的一个观察统计信息：在绝大多数户外无雾图像的局部区域内，至少存在一些像素，其一个通道的强度值很低。先验假设解决了物理模型需要的约束条件，但是为了得到准确的传输函数，HE的文中采用Soft Matting方法计算透射图，该方法计算复杂、耗时较长，无法满足实时性的要求。

发明内容

本发明针对雾天监控视频模糊不清、对比度低、颜色衰减这些存在的问题，同时为了实现去雾处理的有效性和实时性，提供了一种基于DSP的雾天视频处理系统及方法，该系统利用面向图像的专用高速DSP图像处理模块进行图像的采集、处理和显示，DSP芯片作为一种特殊的微处理器，其特有的哈佛结构和流水线操作使其对图像处理的运算速度远超一般的微处理器，大大提高了检测的实时性，同时DSP体积小，功耗低，便于安装与移动。为了达到较理想的去雾效果，本发明采用一种改进的暗通道去雾算法，改进的算法既保持了原始算法去雾水准，又大幅度地提高了处理速度。

本发明提供了基于DSP的雾天视频处理系统及方法，由于系统和方法具有相同的特定技术特征：即采用DSP处理模块、在DSP处理模块中采用优化的去雾处理算法，因此属于同一个发明构思，可以作为一件申请提出。