[发明专利]基于OpenCL的暗通道去雾并行优化方法

摘要

本发明公开了一种基于OpenCL的暗通道去雾并行优化方法，主要解决现有技术适用平台受限，难以对高分辨率图像进行实时处理的缺陷，其实现步骤为：1.设备初始化；2.将有雾视频的一帧图像拷贝到设备中；3.计算有雾图像的灰度图和三通道最小值图，并计算暗通道图；4.根据暗通道图计算大气光；5.依据暗通道图和大气光计算预估透射率图；6.对预估透射率图进行导向滤波得到精细透射率图；7.根据大气光，有雾图像和精细透射率图进行去雾处理，并将去雾后的图像拷贝到主机内存。本发明适用于多种并行计算平台，提高了暗通道去雾的处理速度，可用于为后续的视频监控，图像识别提供清晰的图像源。

主权项

1.基于OpenCL的暗通道去雾并行优化方法，包括：(1)选用支持开放计算语言OpenCL的平台，对该平台进行初始化，并从中选取能运行内核函数的设备E，该设备包括CPU，GPU，intel MIC加速卡；(2)将RGB彩色有雾视频的一帧图像I从主机内存拷贝到设备E的全局内存中；(3)通过并行处理的方式计算RGB彩色有雾图像I各坐标位置的灰度值，生成灰度图I^gray，通过并行处理的方式计算各坐标位置RGB三通道最小值，生成最小值图I^min；(4)对最小值图I^min进行最小值滤波，得到暗通道图I^dark；(5)根据暗通道图I^dark计算大气光A：(5a)计算暗通道图I^dark的直方图h；(5b)根据直方图h求得灰度值最大的0.1％像素点对应的灰度值下界l；(5c)以l为阈值对暗通道图像I^dark进行二值化得到二值图像I'；(5d)对有雾图像I的RGB三通道图I_r、I_g、I_b分别点乘二值图像I'，得到RGB三通道灰度图像I_r'、I_g'、I_b'；(5e)分别计算RGB三通道灰度图像I_r'、I_g'、I_b'的直方图h_r、h_g、h_b；(5f)通过RGB三通道直方图h_r、h_g、h_b，计算大气光A＝{A_r,A_g,A_b}，其中，i为在0～255变化的灰度值，A_r、A_g、A_b分别为红色，绿色，蓝色三通道的大气光值；(6)根据大气光A和有雾图像I的RGB三通道图I_r、I_g、I_b，计算预估透射率图t；(7)根据有雾图像的灰度图I^gray和预估透射率图t，得到精细透射率图(7a)对预估透射率图t进行行向均值滤波，得到行均值滤波结果图t_r；再对行均值滤波结果图t_r进行列向均值滤波，得到平滑透射率图m_t：(7a1)设置H个工作组，每个工作组包含256个线程，每个工作组对应处理预估透射率图t的一行数据，其中H为预估透射率图t的高度；(7a2)使用第i个工作组的全部线程，通过合并访存的方式，读入预估透射率图t的第i行数据，存储到局部内存数组g起始坐标为l₁＝R+1的连续内存空间中，其中R为滤波器半径；(7a3)对局部内存数组g的边界扩展像素赋值：先对数组g的l₁个左边界扩展像素赋值，得到数组g在坐标j处的像素值：g[j]＝g[2l₁‑1‑j]，其中，0＜＝j＜l₁；再对数组g的l₂个右边界扩展像素赋值，得到数组g在坐标l₁+W+k处的像素值：g[l₁+W+k]＝g[l₁+W‑1‑k]，其中，l₂＝(W+l₁+R+M‑1)/M×M‑W‑l₁，W为预估透射率图t的宽度，M为滤波器宽度M＝2×R+1，0＜＝k＜l₂；(7a4)计算分块数:L＝(W+R+l₂)/M；(7a5)以第i个工作组中前L个线程并行计算局部内存数组g的L个分块的前缀和:g[m]＝g[m‑1]+g[m]，其中，g[m]为一行像素的前缀和数组，该数组最终计算结果的每个点对应的是m处的像素值，对第l个线程，1+l×M＜＝m＜1+(l+1)×M，l为线程编号；(7a6)以第i个工作组中所有线程并行计算行均值滤波结果图t_r在第i行的像素值，再用各行结果合并形成行均值滤波结果图t_r，其中t_r在坐标位置(i,j)处的像素值为：t_r(i,j)＝(g[j+l₁+R]+g[(j+M‑1)/M×M]‑g[j])/M；(7a7)根据行均值滤波结果图t_r，以第i个线程，计算第i列第0行的滤波结果m_t(0,i)：其中，t_r(j,i)为t_r在坐标位置(j,i)的像素值；(7a8)根据行均值滤波结果图t_r，第i列第0行滤波结果m_t(0,i)，以第i个线程，计算第i列的H‑1行滤波结果m_t(j,i)：m_t(j,i)＝m_t(j‑1,i)+q(j+R,i)‑q(j‑R,i)其中，1＜＝j＜H，m_t(j‑1,i)为第i列，第j‑1行滤波结果；(7a9)将第i列第0行的滤波结果m_t(0,i)放在矩阵第i列的H‑1行滤波结果m_t(j,i)之前，形成平滑透射率图m_t；(7b)对有雾图像的灰度图I^gray进行均值滤波，得到平滑引导图m_I；(7c)根据平滑透射率图m_t、平滑引导图m_I、预估透射率图t和有雾图像的灰度图I^gray，得到平滑缩放矩阵m_a、平滑偏移矩阵m_b；(7d)根据平滑缩放矩阵m_a、平滑偏移矩阵m_b和有雾图像的灰度图I^gray，得到精细透射率图(8)根据RGB三通道有雾图像I、精细透射率图和大气光A，计算去雾结果图J；(9)将去雾结果图J拷贝到主机内存，完成对有雾视频的单帧去雾。