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视频中去雾及宽动态算法的ASIC实现

视频中去雾及宽动态算法的ASIC实现

作者：汤文民中国科学院大学（工程管理与信息技术学院）

学位级别：硕士

近年来,应用在计算机系统中的视频算法在监控安全防范系统中起着越来越重要的作用。但是其存在两方面的缺点：一个是对天气条件比较敏感,尤其是在能见度较低的雾天条件下,获取到的视频图像质量严重失真,这极大地限制并影响了视频算法在... 详细信息

近年来,应用在计算机系统中的视频算法在监控安全防范系统中起着越来越重要的作用。但是其存在两方面的缺点：一个是对天气条件比较敏感,尤其是在能见度较低的雾天条件下,获取到的视频图像质量严重失真,这极大地限制并影响了视频算法在安全防范领域的应用。再者,用计算机系统实现视频算法往往存在着占用系统资源高、实时性差、维护费用高等不可避免的弊端。由此可见,提高视频算法在雾天天气条件下的可靠性,对雾天失真图像进行去雾还原显得非常重要;去雾算法硬件化实现对弥补视频算法在计算机系统中的应用起着非常重要的作用。本文完成的主要工作包括： (1)深入研究算法级去雾尤其是暗原色先验算法的原理及实现方法,并根据算法级的数据结构和硬件描述语言的数据结构特点确保在硬件化过程中的通用性和可移植性;(2)规划去雾算法顶层模块、规划时钟、Memery的定制与分配,定义子功能模块如视频流输入模块、视频流预处理模块、去雾模块、宽动态模块并定义各个模块的功能及输入输出接口,并利用硬件描述语言来实现各个模块的状态机;(3)根据分配给去雾模块的资源和中芯国际元件库的工艺文件,确定去雾算法模块的约束条件并通过逻辑综合器编译和优化后生成去雾模块的网表文件;(4)在整个功能完成后进行静态时序检查以保证在芯片流片后的稳定性,对反标的网标进行动态功能仿真以保证芯片流片后功能正确。本文设计和实现的硬件化去雾算法已经在中芯国际130纳米工艺上进行量产。芯片中去雾模块能有效完成对雾天天气的去雾功能,比计算机系统去雾算法的处理速度更快。在设计中充分利用了算法级数据结构和硬件描述语言的特点来实现去雾算法的硬件化,达到了预期设计目标。

关键词：去雾算法暗原色先验状态机 AISC 静态时序分析

一种暗通道先验结合小波变换的图像去雾优化算法

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四川理工学院学报（自然科学版） 2018年第5期31卷 43-48页

作者：丁奇安徐晓光王珍安徽工程大学电气工程学院安徽芜湖241000

基于暗通道先验的去雾算法是最具有代表性的图像复原算法之一,但仅仅利用暗通道去雾的图像会产生一定程度的颜色失真。针对单幅图像暗通道先验算法造成的图像色彩失真问题,提出了一种基于小波变换的色阶补偿方法。将待去雾图像的低频通... 详细信息

基于暗通道先验的去雾算法是最具有代表性的图像复原算法之一,但仅仅利用暗通道去雾的图像会产生一定程度的颜色失真。针对单幅图像暗通道先验算法造成的图像色彩失真问题,提出了一种基于小波变换的色阶补偿方法。将待去雾图像的低频通道和粗暗通道去雾后图像的高频通道添加合适的权重,之后通过小波变换将待去雾图像与粗暗通道处理过后得到的图像进行多次融合,从而基于原有图像的色阶对暗通道处理造成的颜色失真进行一定程度的补偿。采用信息熵为依据的客观计算机评价,将该算法与其他去雾算法进行比较。仿真结果表明,补偿过后的图像具有较好的观测效果,优于仅采用暗通道先验去雾算法的图像。

关键词：暗通道去雾算法小波变换色阶图像融合信息熵

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基于加权最小二乘法的细节增强去雾方法

北京理工大学学报 2023年第8期43卷 803-811页

作者：陈星余杭杨林郑讯佳郑水利重庆文理学院智能制造工程学院重庆402160 重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆400074 重庆长安工业(集团)有限责任公司特种车辆研究所重庆400023

雾天天气的出现使得采集到的图像出现对比度低、可辨识度差的现象.为了改善视觉系统的功能稳定性,提出一种图像去雾算法.针对当下去雾算法得到的去雾图像易产生光晕伪影的缺点,提出了形态学级联算法来估算场景透射率,在此基础上为保证... 详细信息

雾天天气的出现使得采集到的图像出现对比度低、可辨识度差的现象.为了改善视觉系统的功能稳定性,提出一种图像去雾算法.针对当下去雾算法得到的去雾图像易产生光晕伪影的缺点,提出了形态学级联算法来估算场景透射率,在此基础上为保证场景透射率拥有清晰边缘细节的同时保持图像平滑,引入加权最小二乘来细化透射率;采用一种改进的基于四叉树法的分层搜索算法来准确估计天空区域的大气光值;引入大气散射模型,将求取的透射率以及大气光照值代入模型中来获得去雾图像.在实用性对比中,目标检测精度得以提升.与当下主流去雾算法定性和定量比较,所提出的方法在保留深度边缘、颜色质量及细节方面恢复效果良好,在图像评价指标均方差中最高降低7.0%,信噪比、结构相似性、颜色信息熵方面分别最高提升21%,32%,1.1%.

关键词：去雾算法加权最小二乘细节增强四叉树形态学级联

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基于多图像融合的MEMS显微三维形貌重构

光学精密工程 2018年第5期26卷 1275-1285页

作者：丁汛赵跃进丁玉奎北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京圣非凡电子系统技术开发有限公司北京102200 陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量,显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题,且当结构含有较多断裂面时,解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三... 详细信息

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量,显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题,且当结构含有较多断裂面时,解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三维测量方法,本研究首先利用单目显微镜,通过单一轴向移动获取一系列测量目标深度信息的单一角度图像,并利用去雾算法对图像进行预处理,实现了去噪和有效信息提取的目的;然后通过聚焦测度算法获取待测对象的深度信息;最后利用数据处理软件进行三维拟合。基于上述原理,本文以焦平面阵列(FPA)作为待测目标进行了测量实验。本文提出的三维测量方法和图像处理算法可获得更准确的FPA形貌,可清晰显示反射面与支腿部分及反射面上的释放孔,测得FPA的支腿长度为110.6μm,每个反射面的像元尺寸为120.8μm×70.8μm,与设计值基本吻合,解决了断裂面难以测量的问题,同时降低了微结构测量的难度和成本。单目显微镜单向移动的多图像融合测量技术对MEMS的三维形貌测量具有重要意义,去雾算法在图像融合与三维测量的图像处理也有很好的应用价值。

关键词：微机电系统(MEMS) 三维形貌测量显微镜聚焦测度去雾算法

岩石模型结构面剪切全过程可视化试验技术研究

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岩石力学与工程学报 2022年第S2期41卷 3369-3379页

作者：芦覃黄曼洪陈杰杜时贵刘燕强绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 宁波大学土木与环境工程学院浙江宁波315000

开展剪切全过程可视化试验对于研究岩石结构面渐进破坏特性具有重要的意义。结合三维激光扫描与3D打印技术,利用透明光敏树脂材料制作了表面形貌相似度高的岩石结构面透明模型,低温下的模型试样力学性能测试表明:该材料在-30℃~-45℃温... 详细信息

开展剪切全过程可视化试验对于研究岩石结构面渐进破坏特性具有重要的意义。结合三维激光扫描与3D打印技术,利用透明光敏树脂材料制作了表面形貌相似度高的岩石结构面透明模型,低温下的模型试样力学性能测试表明:该材料在-30℃~-45℃温度下单轴抗压强度特性与岩石材料相近;在直剪试验设备上加装半导体制冷装置,不同工况下的制冷性能试验表明:半导体制冷设备在工作50 min后,其制冷性能受强制对流的影响逐渐降低,腔体内部温度维持在-17℃左右;结合暗通道先验去雾算法与可视化图像追踪方法,可较清晰地获取结构面剪切全过程表面形貌,有效解决了低温试验条件试样起雾的问题;通过剪切试验表明:低温条件下试验全过程中试样的温度始终低于-30℃,符合光敏树脂材料作为类岩石特性的温度要求,也进一步验证了试验装备和试验技术的可行性,为岩石模型结构面剪切全过程可视化试验研究创造了条件。

关键词：岩石力学岩石结构面半导体制冷数字图像处理去雾算法

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基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾

西安交通大学学报 2015年第3期49卷 143-150页

作者：唐晓庆范赐恩刘鑫武汉大学电子信息学院武汉430079

为了解决基于暗通道先验的图像去雾算法运行效率低下的问题以及天空等明亮灰白区域去雾后的色彩失真问题,提出一种基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾算法。首先根据暗通道先验规律,得到粗略的透射率图和大气光估计值;然后用边缘保持... 详细信息

为了解决基于暗通道先验的图像去雾算法运行效率低下的问题以及天空等明亮灰白区域去雾后的色彩失真问题,提出一种基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾算法。首先根据暗通道先验规律,得到粗略的透射率图和大气光估计值;然后用边缘保持滤波算法对粗略透射率滤波得到细节平滑、轮廓清晰的精细透射率图;再用阈值法对灰白明亮区域的透射率修正,之后用边缘保持滤波算法对修正后的透射率进行平滑,得到最终的透射率图。根据估计的大气光和透射率,利用大气散射模型即可恢复出无雾图像。经测试,该算法不仅具有很高的运行效率,而且对各种类型的薄雾图像都有较好的去雾效果。客观评测也表明,该算法在对比度增强程度、色调还原程度、结构信息复原程度方面的综合指标都优于其他算法。另外,所提算法还能够实现图像处理器(GPU)像素级的并行运算,对于分辨率为1 280像素×1 024像素的彩色图像,用型号为NVIDIA GeForce 9 800GT的GPU处理,速度可达10帧/s。

关键词：去雾算法暗通道先验边缘保持滤波

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一种改进的基于暗原色理论的去雾方法

东南大学学报（自然科学版） 2012年第A1期42卷 70-73页

作者：冯骢达飞鹏陈璋雯东南大学自动化学院南京210096

针对有雾图像的浅色或偏白色区域无法正确估计透射率,从而导致图像的去雾及恢复产生过度增强的问题,提出了一种改进的基于暗原色先验的去雾方法.该方法首先提取图片中的浅色区域,并对其邻域场景分区,通过对比度分析来判断每个邻域区域... 详细信息

针对有雾图像的浅色或偏白色区域无法正确估计透射率,从而导致图像的去雾及恢复产生过度增强的问题,提出了一种改进的基于暗原色先验的去雾方法.该方法首先提取图片中的浅色区域,并对其邻域场景分区,通过对比度分析来判断每个邻域区域与浅色区域场景的透射率的相似程度.相似度较高的区域在估计中的权重会得到增加.最后用暗原色算法获取临域区域的透射率信息,根据权重分配从而正确估计浅色区域的透射率.该方法可有效估计浅色区域的透射率,与现有方法相比,克服了其对浅色区域恢复失真的问题,去雾后的场景更为自然.实验结果表明,该方法切实可行且具有较好的鲁棒性,可达到良好的去雾效果.

关键词：去雾算法暗原色先验透射率对比度

煤矿井下自动加卸钻杆靶标图像清晰化方法研究

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煤田地质与勘探 2023年第5期51卷 180-187页

作者：姚宁平梁春苗姚亚峰宋海涛中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 煤炭科学研究总院北京100013

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣... 详细信息

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣、污水污染合作靶标、粉尘浓度大能见度低、人造光源亮度低、光照不均匀使靶标图像对比度低,以及矿灯直射合作靶标反光等问题,会影响合作靶标图像清晰度,使基于靶标识别加卸钻杆的位置的精度降低,进而影响钻孔机器人自动加卸钻杆的成功率。因此,首先针对施工中孔口返出的煤渣、煤泥污染合作靶标的问题,利用形态学滤波中先腐蚀,再膨胀的开运算,清除煤渣间断斑块和突出靶标像素点;先膨胀再腐蚀的闭运算,消除小的孔洞和间断细小鸿沟,达到消除固体污染物对合作靶标的影响;其次针对粉尘、岩尘、水雾和污水影响图像对比度问题,通过暗通道先验求出初始透射率,采用梯度域导向滤波精细化透射率,利用导向滤波得到改进暗通道,并求大气光值,利用大气散射模型得到除雾后的图像,实现清晰化图像、增强图像对比度目的;最后对亚像素级角点和方向进行精细化,优化能量函数,使用种子棋盘格沿4个边缘生长棋盘格,用能量变化情况确认是否生长出最大的棋盘,补全因强光反射缺失的合作靶标图像。实验结果表明:将形态学滤波、去雾算法和棋盘格生长等方法相融合,可增强煤矿井下复杂场景钻孔施工中合作靶标图像的清晰度,提高基于视觉识别的图像精度,为钻孔机器人自动加卸钻杆的精确控制奠定基础。

关键词：自动加卸钻杆合作靶标形态学滤波去雾算法棋盘格生长图像清晰化煤矿井下

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暗通道自然灾害遥感图像去雾

光子学报 2015年第6期44卷 47-51页

作者：甘玉泉汶德胜王乐高晓惠卫翠玉中科院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100083

为了解决自然灾害遥感影像中局部存在浓雾的问题,提出了一种基于暗原色先验和雾天图像退化模型的图像去雾方法,并利用导向滤波实现光学遥感影像的去雾.首先,结合自然灾害遥感图像的特点,利用阈值将图像分为浓雾区域和薄雾区域,采用不同... 详细信息

为了解决自然灾害遥感影像中局部存在浓雾的问题,提出了一种基于暗原色先验和雾天图像退化模型的图像去雾方法,并利用导向滤波实现光学遥感影像的去雾.首先,结合自然灾害遥感图像的特点,利用阈值将图像分为浓雾区域和薄雾区域,采用不同的方法得出两个区域的暗通道图;然后,结合导向滤波对透射率图进行优化,再对图像进行对比度拉伸,提高图像的动态范围,并选取多幅遥感图像进行去雾试验.最后,设计了一组图像增强质量评价指标,对去雾结果进行定量分析.结果表明,该方法能从物理特性上明显去除雾的干扰,提高图像清晰度,增强图像色彩和细节,从而复原得到高质量图像,在一定程度上能满足自然灾害遥感图像去雾的要求.

关键词：图像处理遥感图像去雾算法自然灾害图像暗通道导向滤波透射率图像增强