一種實時去霧圖像增強算法的DSP實現

【摘要】受霧霾、光照差等環境影響，造成實際成像存在朦朧不清晰等問題。霧霾天氣導致能見度降低，給人們的日常生活和出行帶來很大影響。為了更好地恢復霧霾圖像的場景信息，對霧霾圖像進行處理復原來提高原圖像像質是十分必要的，針對此問題，文章設計一款基于DSP的實時去霧增強系統。該系統集合了DSP大型數據處理能力的優點，很好地將改進型“暗通道”原理算法移植其中。有效滿足了實時去霧增強功能要求。實驗結果和傳統去霧算法對比，實驗證明，該系統工作穩定有效，能有效解決實際工程中霧霾、光照不足給成像造成的影響。

【關鍵詞】圖像去霧;圖像增強;DSP

1.引言

圖像信息作為人類感知世界最直觀的信息之一，為我們認識世界提供了極大的幫助。來隨著微電子技術的不斷發展，圖像信息從無到有，從模擬到數字，從黑白到彩色，近代以來隨著微電子技術的不斷發展，圖像信息經過了從無到有，從模擬到數字，從黑白到彩色從可見光到多光譜等的不斷演進，圖像質量（分辨率、清晰度等）也有了極大提高。同時人類對圖像質量要求也在不斷提高，其中可見光圖像由于跟人眼成像最為相近其觀感對人的影響更大，因而對其質量要求更高。但受可見光傳輸及成像機理所限，所成圖像往往會受天氣如霧霾、光線不足等從成像過程暫時尚無法克服問題的困擾，需要對其進行事后處理。同時，在圖像跟蹤等應用領域，對圖像進行處理所帶來的時間延遲對伺服系統又是一種致命的缺點。基于以上問題，本文設計了一種基于TI TMS320C6437的實時圖像去霧增強系統，并將其應用于工程實際。實驗表明本系統能對圖像實現明顯的改善，且對正常圖像無不良影響。

2.去霧基本理論

把一張彩色霧霾天氣退化圖像，分解成R，G，B三個部分。分別對應大氣波長的高，中，低三個頻率段。把圖像分別變換成R， G，B顏色的三張圖像，針對這三張圖像進行圖像處理，改善其每個像素的亮度關系，然后對圖像像素轉化恒浮點數運算。

像素間亮度變換：計算圖像中每個像素點的亮度關系，主要由公式推導得出，具體方法我們假設在圖像其中一部分舉例，從圖像的某一點A到某一點B，有一條可尋路徑，該路徑上有n個像素點，它們像素大小分別為（），那么從點A到點B像素的亮暗關系相乘得到公式：

（1）

上式中，T為門限函數，根據實驗表明，眼睛對明暗程度的感覺成指數分布，上式取對數可以獲取主觀感受。上式相乘然后取對數得到：

（2）

根據上式可知先對每個像素取對數，在做減法得到相對比值，比值相乘也得等于對數相加得到。所以在算法上先確定圖像中三個頻率波段像素的值，讓后再取對數，讓這些對數相加減得到圖像中像素的亮暗程度。利用這種算法對圖像像素的亮度受照度的影響弱，提高圖像的對比度和清晰程度，處理后霧霾圖像的質量增強，對圖像的顏色失真得到很好的改善。

3.系統硬件設計

去霧圖像處理系統以TMS320DM6437為核心進行構建，結構如圖1所示。

圖1 去霧圖像處理系統結構框圖

系統接收模擬PAL制霧霾信號視頻輸入，經過視頻解碼后成為數字圖像信號。視頻解碼芯片采用TVP5l50PBS，與DM6437的S-Video相連。在DM6437中，將處理后的圖像數據輸出到DM6437的VGA視頻口。視頻編碼芯片采用SAA7121，系統中，輸出的視頻信號格式為PAL標準模擬信號。數字圖像數據經過編碼器編碼后，生成PAL制的復合視頻信號，通過顯示器顯示出來。

圖3 去霧效果圖對比

4.實驗結果分析

用主觀視覺觀察數字圖像是一種非常有效而又重要的圖像質量評價方法。現在將本文算法和單尺度Retinex 方法所處理的圖像結果列出來如圖3所示。

表1 圖3評價標準

原始圖像 單尺度Retinex 本文算法

均值 61.38 117.83 115.28

標準差 35.42 56.42 54.35

熵 0.36 0.45 0.44

從表中數據可以看出：2 種圖像增強方法對于圖像的均值和標準差都有顯著提高，起到了較好的增強效果;本文的方法對于圖像的熵也有明顯的提升。

5.結論

設計了一款基于DSP的嵌入式實時圖像去霧增強處理系統。實驗表明，該系統能穩定有效去除霧霾對圖像造成的影響，提高圖像清晰度，且對光照條件差的圖像具有明顯的增強效果。該系統可有效提高成像系統環境適應性，在監控、偵察等領域都具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]劉家明，趙玉明，胡福喬.基于單尺度Retinex算法的非線性圖像增強算法[J].上海交通大學學報，2007，41（5）：685-688.

[2]郭毅.霧霾天氣條件下退化圖像處理方法研究[J].沈陽理工大學論文，2007.

[3]李鑫.惡劣霧霾天氣退化圖像的處理與優化研究[D].南京理工大學，2011.

[4]TMS320C6000 EMIF to external SDRAM/SGRAM interface.Texas Instruments Incorporated，1999.

[5]TMS320C6000 EMIF to external FIFO interface.Texas Instruments Incorporated，1999.

[6]TMS320C6000 CPU and Instruction Set Reference Guide，Texas Instruments Incorporated，October 2000.

[7]李武森，遲澤英，陳文建.高速DSP圖像處理系統的模擬視頻輸入接口設計[J].南京理工大學學報，2003，1（27）：102-105.

作者簡介：孔小麗（1989—），海南海口人，碩士研究生，現就讀于中北大學，主要研究方向：信號與信息處理。