探究基于DSP的霧霾天氣圖像處理技術

才興

摘 要：如今霧霾天氣頻繁的出現在中國各大中城市，在霧霾天氣里由于霧霾的籠罩，能見度下降，監控圖片中的景物與人物都模糊不清，為交通監管、刑偵等工作造成了很大影響。該文通過對霧霾天氣的圖像特點進行分析，提出了基于DSP的霧霾天氣處理技術方案。

關鍵詞：DSP 霧霾天氣 圖像處理技術 分析

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0090-01

由于城市空氣污染，霧霾天氣在我國個大中城市頻繁出現。在霧霾天氣中，由于能見度降低，造成視屏監控與照相設備的在圖像采集時出現圖像不清晰等現象，這對交通安全、運輸、行政管理、刑偵等工作造成了嚴重的阻礙。所以針對霧霾天氣中圖像清晰化處理系統的開發與應用是具有很大的現實意義和實用價值。

1 霧霾天氣圖像的特點

霧霾天氣下在圖片的視覺效果有以下特點：第一，圖片模糊，難以觀察細節；第二，圖片的對比度變弱，圖像的灰度值偏低。灰度值主要在低頻區域分布，比較集中與直方圖的右邊，這使得圖像在視覺效果上偏灰白，圖像的細節融于景物，分辨困難。該問題的根源是亮度與對比度增強、能見度減小的緣故。遠方在視覺范圍可見的景物，在霧霾天氣里，不易被人們看到，這影響了人們對景物的正確判斷。

文章主要從圖像的對比度、亮度和灰度值的分布出發，研究霧霾天氣下圖像退化的原因，找到克服它的辦法，從而提高圖像的質量，滿足人們在霧霾天氣下獲取圖像信息的需求。

2 DPS技術的發展現狀

20世紀60年代到80年代，由于當時微電子技術與計算機技術還沒有得到廣泛發展，機箱式結構的圖像處理系統還是占主導地位，其占用空間很大，而且價格昂貴，當時該系統主要應用在遙感與醫學等領域的圖像處理中。

我國在圖像處理系統的開發和研制上，要晚于英美等國家，在初期采用的也是機箱式結構。從80年代中期以后，我國圖像處理系統開始由機箱式到插卡式過渡，當時的圖像處理系統是由計算機與圖像卡共同組成。

20世紀90年代初，PCI總線技術的成熟與推廣，使用PCI總線技術的圖像卡變成額市場的主流。使用PCI總線技術的圖像卡可以在Windows系統下利用圖像處理軟件來處理圖像。

隨著DSP技術的發展與成熟，DSP芯片以價格低、體積小和運算速度快等優勢，使得以DSP為芯片圖像處理器引起各界人士的親睞。在DSP的應用方面，我國與發達國家保持同步，從DSP芯片問世開始，我國市場就有銷售DSP芯片的公司。國內的DSP主要是應用在應通信和數字消費領域中。

隨著DSP對信號運算和處理能力的提高，以及芯片成本降低，DSP在越來越廣泛的應用在各領域中，基于DSP芯片的產品人們生產生活的關系越來越密切。

3 基于DSP的霧霾天氣圖像處理系統

3.1 開發工具

3.1.1 CCS環境開發

CCS是一項在代碼開發與調試方面具有較強功能性較強的開發工具。CCS利用工程的概念完成軟件開發，解決了軟件系統復雜性的問題。一個CCS的工程中常常會包含了源文件、目標文件、庫文件與連接文件等，各個文件間可以根據需要調用其他文件或文件中的結構，使各種文件發揮應有的作用，完成對硬件系統的充分利用。CCS軟件提供的強大功能，可以有效地提高軟件開發效率，縮短開發周期。

3.1.2 DSP/BIOS系統

DSP/BIOS是一種可由用戶裁剪的多任務操作系統，它是CCS軟件中的一部分。DSP/BIOS可以對線程進行有效管理，由于該系統師搶占式的操作系統，所以高優先級任務可以優先于低優先級任務完成。該系統可以提供多線程同時訪問、相互協調、資源共享等結構，具體選擇怎樣的結構可以視情況而定。該系統具有可以改變線程的優先級別功能，這方便了資源的分配與調節。

3.1.3 CSL庫函數

為了使開發程序的難度減小，縮短開發程序時間，開發者可以使用CCS中CSL芯片的支持庫，CSL可以把DSP開發中進行硬件資源訪問時涉及的函數集合成庫，變成API函數，這樣開發者在設計程序可以時方便調用。

3.2 DSP軟件的設計

3.2.1 系統軟件設計

在進行對系統總體軟件的設計時，首先需要完成對所選芯片初始化，以驅動與芯片有關的總線與接口，然后進行視頻采集，當芯片的視頻采集時完成，把采集到的圖像信息發送到處理芯片中，利用小波同態運算軟件進行運算和處理。處理完成后，發送給顯示緩沖區芯片進行解碼，完成顯示。這就是完成了這個圖像處理軟件的相關設計。

3.2.2 芯片初始化程序

芯片的初始化過程包括：CSL庫函數、ache、I2C、FIASH和GPIO的初始化五個步驟。

3.2.3 視頻采集程序

在開發視頻采集程序是，首先要做的是設置中斷向量表，之后再分配視頻通道所需的地址。在使用解碼器進行初始化程序中，當I2C總線出現空閑時，可以將I2C子地址存入到設備地址寄存器之中。在I2C開始發送起始條件后，進行數據傳輸，此時可以使用I2C總線對解碼器進行初始化。

3.2.4 圖像顯示程序

在進行GPIO設置使時，GPIO0需要置高電平，即使用I2C1總線。視頻口的地址是0x88。之后進行程序的初始化。

在把經過處理的圖像存入緩沖區之后，把圖像Y、Cb和Cr也分別存在相應的緩沖區之中。啟動顯示模塊后，把顯示緩沖區之中的內容顯示在屏幕上。如果顯示緩沖區中依然存有數據時，完成標志位為0，則可以繼續在顯示緩沖區中調用的數據；如果顯示緩沖區數據清空，完成標志位為1，此時要將完成標志清零。

4 測試結果

在2012年，哈爾濱理工大學的研究團隊對基于DPS霧霾圖像處理系統進行了測試。當時正值哈爾濱供暖時期，空氣中所含的煙塵密度很大，形成了霧霾。從圖1與圖2對比可見，原本模糊的窗戶與路燈，輪廓變得清晰。在圖1中的人很難被察覺到，經過平臺對圖像的處理后，很容易觀察到行人的存在。圖像整體的清晰度和對比度增強。說明基于DPS的霧霾圖像處理系統對霧霾天氣下圖像的處理具有十分顯著的作用。

5 結語

由于現今霧霾天氣發生次數愈加頻繁，同時霧霾天氣對圖像采集帶來了很大的困難，所以開發一款針對于霧霾天氣的圖像處理系統也具有一定的實踐作用。實踐證明，基于DSP的圖像處理系統，可以提高霧霾天氣下圖像的清晰度和對比度，其是一款具有實際意義的圖像處理軟件，值得有關人員的開發與推廣。

參考文獻

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