[发明专利]一种实时视频去雾处理系统

摘要

一种实时视频去雾系统属于图像处理领域，其特征在于在一个数字集成电路中设有：数据读取单元、判断单元、天空亮度估计单元、大气光照白平衡单元、大气耗散图像估计单元、以及清晰场景恢复单元，对待处理视频当前镜头中的前K帧，估计其天空区域并从中计算天空亮度值，再用白平衡算法通过天空亮度值校正待处理图像中大气光照的颜色，并归一化白平衡图像，求出各颜色分量的最小值作为粗估计图像，并据此用边缘保持平滑方法计算出细化后的大气耗散图像，再由此计算出大气的场景反照率，以进行去雾复原处理。对于分辨率为288×352的CIF格式视频，处理速度可达60fps，分辨率为576×720的D1格式视频，可达15fps，能实用于交通监控系统中，达到实时性要求。

主权项

1.一种实时视频去雾处理系统，其特征在于，是在一个数字集成电路中实现的，设有：数据读取单元(U1)、判断单元(U2)、天空亮度估计单元(U3)、大气光照白平衡单元(U4)、大气耗散图像估计单元(U5)、以及清晰场景恢复单元(U6)，其中：数据读取单元(U1)，逐帧读取视频中待处理图像的数据：从所述待处理视频当前镜头中读取一帧由R、G、B三个颜色分量组成的待处理图像I(x)＝(I_R(x)，I_G(x)，I_B(x))^T，简称I(x)，下同，所述待处理图像I(x)的高为N_h个像数，宽为N_w个像数，x表示二维空间坐标，用向量表示为(m，n)，0≤m≤N_h-1，0≤n≤N_w-1，m、n、N_h、N_w均为非负整数；判断单元(U2)，接收来自所述数据读取单元的一帧待处理图像I(x)，作为当前帧图像，且执行以下步骤：若所述待处理图像I(x)为当前镜头中前K帧中的一帧，K＝50，发送至所述天空亮度估计单元(U3)，若否，则为非前K帧，发送至大气光照白平衡单元(U4)；天空亮度估计单元(U3)，设有降采样子单元(U31)、中心最小亮度值获取子单元(U32)、天空区域获取子单元(U33)以及天空亮度值估计子单元(U34)，其中：降采样子单元(U31)，从所述判断单元(U2)输入所述待处理图像I(x)，I(x)经降采样后，再裁剪出降采样图像的上半部分Ψ(x)，x为二维空间坐标，中心最小亮度值获取子单元(U32)，从所述降采样子单元(U31)输入所述降采样图像的上半部分Ψ(x)，依次按照以下步骤计算各像素的最小亮度值：第一步，对于每一个像素x，计算对应坐标处的R、G、B三个颜色分量的最小值，构成一幅最小颜色分量图像L(x)：L(x)=(minc∈{R,G,B}Ψc(x)),]]>第二步，遍历所述L(x)中的像素，对于每一个像素x，计算以像素x为中心的邻域Ω(x)内所有像素y的最小值，构成一幅最小值滤波图像I_min(x)：Imin(x)=miny∈Ω(x)L(y),]]>其中，Ω(x)表示以坐标x为中心的正方形邻域，正方形的边长为所述降采样图像的上半部分Ψ(x)的宽和高中较短边的0.025倍，c表示颜色通道，x表示二维空间坐标，Ψ_c(x)表示所述降采样图像的上半部分Ψ(x)的各颜色分量图像，c∈{R，G，B}分别表示R、G、B颜色通道，y为所述Ω(x)内的二维坐标点，天空区域获取子单元(U33)，根据设定的亮度阈值T_υ，将来自所述中心最小亮度值获取子单元(U32)输出的所述I_min(x)中亮度不小于所述阈值T_υ的像素点作为天空区域，将所述I_min(x)中的像素按像素值从大到小排列，前30％像素中的最小像素值设定为亮度阈值T_υ，天空亮度值估计子单元(U34)，将从所述I_min(x)中选取已检测出的所述天空区域中各颜色分量中最亮的像素点的像素值作为天空亮度值A＝(A_R，A_G，A_B)^T，并计算当前帧图像的天空亮度值A与前面各帧图像的天空亮度值的平均值大气光照白平衡单元(U4)，由校正子单元(U41)和归一化子单元(U42)串接而成，其中：校正子单元(U41)，利用来自所述天空亮度值估计子单元(U34)的平均天空亮度值的各颜色分量代替Max-RGB白平衡算法中的各颜色分量最大值，对所述待处理图像进行校正得到校正后的白平衡图像设k表示当前帧的序号，若k≤K，则输入来自天空亮度值估计子单元(U34)的天空亮度值的平均值若k＞K，则输入前K帧图像的天空亮度值的平均值归一化子单元(U42)，按下式计算所述校正后的白平衡图像与1之间的最小值，获取归一化校正图像I′(x)：I′(x)=min(I(x)A‾,1);]]>大气耗散图像估计单元(U5)，由大气耗散图像粗估计子单元(U51)、大气耗散图像细化子单元(U52)以及介质传播图像估计子单元(U53)依次串接而成，其中：大气耗散图像粗估计子单元(U51)，按下式对来自所述归一化子单元(U42)输入的校正后的归一化图像I′(x)求出其中不同颜色分量之间的最小值作为大气函数图像的粗估计值：V~(x)=minc∈{R,G,B}Ic′(x),]]>大气耗散图像细化子单元(U52)按下式计算来自所述大气耗散图像粗估计子单元(U51)的粗估计值的大气耗散细化图像V(x)：其中，表示腐蚀“膨胀”式重构函数，表示用结构元素b对粗估计图像进行n次腐蚀，n＝1，结构元素b为一圆盘型区域，其半径为所述图像宽度W和高度H中最小值的0.0125倍，将粗估计图像作为模板图像，将它的腐蚀图像作为标记图像，经过对所述模板图像进行腐蚀后，在对应位置标记图像的像素值不大于所述模板图像的像素值的条件下，得到重构图像V(x)，介质传播图像估计子单元(U53)，输入来自所述大气耗散图像细化子单元(U52)的大气耗散细化图像V(x)，按下式计算介质传播函数t(x)：t(x)＝1-V(x)；清晰场景恢复单元(U6)，按下式依据来自所述大气耗散图像估计单元(U5)的所述大气耗散细化图像V(x)和介质传播函数t(x)计算场景反照率ρ(x)：ρ(x)=I′(x)-κV(x)t(x),]]>其中，κ为影响因子，0＜κ＜1，κ＝0.95，κ为强制恢复天空区域为白色而引入的因子。