基于DSP的霧天監控視頻圖像清晰化處理方法研究

王昌瑞

（菏澤學院，山東 菏澤 274015）

基于DSP的霧天監控視頻圖像清晰化處理方法研究

王昌瑞

（菏澤學院，山東 菏澤 274015）

現如今在交通運輸、農業生產、工業生產、軍事科技等許多領域范圍內，視頻監控扮演著舉足輕重的角色。但是，如今的監控系統對天氣要求非常苛刻，在可視度比較低下的霧天，對實物取景非常不利，限制和損害了室外監控系統的使用。因此，為大大提高圖像的清晰度，在DSP的惡劣天氣下監控視頻清晰度的處理方式具有重大的研究意義和利用價值。本文從霧霾天氣下圖像的清晰度與DSP的特點著手，分析霧天圖像的物理成因，并提出系統的設計方案，從而完成了整個系統軟件的實現。

霧霾天；圖像的處理；方案設計；視頻監視

1　緒 論

1.1 課題的研究背景與意義

隨著信息多媒體數字技術的高速發展，視頻監視在安全防護、農業生產、軍事科技等眾多領域中扮演著至關重要的作用。根據霧天圖像的物理成因、整體方案設計來體現霧天監控的實質清晰度，大大提升了監視系統在惡劣天氣開展工作的可行性。

1.2 研究現狀

1.2.1 霧霾天圖像清晰度研究現狀

在霧霾天清晰度不高的實物景象中，本身偏低的灰度值大大增加、而數值偏高的灰度值卻被減小，致使像素點灰度值無限集合在于一點上，是一種顯而易見的對比度退化，可以理解為霧霾天圖像清晰度不高同樣的也是對比度提高的一種弊端。

現如今，對霧霾天氣圖像清晰度處理的方式一般分為兩大類型：模型與非模型的運算方法。模型的運算是根據景象清晰度下降的原因，使用逆向運算的方法來提升圖像自身的對比度；然而在非模型的運算方式下，并不需要了解圖像清晰度下降的內在原因。

本文所提出的觀點與試驗都是為了更直觀地表達出如何提高霧霾天圖像清晰度，如何使用自身的對比度來提升圖像清晰度。

1.2.2 DSP特點與發展現狀

DSP的強大功能在于對各種數據可以通過實時性、時效性的處理方法，除具備普通微處理器強調的快速計算和控制功能外，在結構上主要體現了數字信號處理算法的需求，采用并行處理、流水線、適量處理以及超標量等技術來提高處理性能。DSP總體來說體現在具備多個可同時操作的處理單元，如利用符合的信號的乘加來處理單元、專用尋址單元、DMA單元與終端處理單元等，對于執行單元可以同時運作，大大增加處理速率。

DSP技術經過重重考驗，其飽滿的硬件資源、可同時高速運轉、強大的指令系統與快速運轉數據上的處理實力，已廣闊覆蓋到平時工作、生活和學習中，同時在語音、聲納系統、圖像、系統控制、地質勘查、電力系統、生物醫學工程、故障檢測、全自動化儀器等各大領域得到了非常廣泛的應用。

2　霧天圖像的物理成因

在霧霾與其他惡劣天氣的影響下，室外取景的圖像對比度與它的分辨率都有著非常顯著的下降，從實質上說，是因為本體光線在實物上通過接收裝置來傳播，在大氣中碰到了粒子半徑較大的氣溶膠懸浮粒子從而產生了交互作用，使得光以略微相同的規則在空間中重新分布。常見的交互作用大體分為三種類別：散射、吸收與輻射。致使圖像質量下降的主要原因中，散射是極為重要的可見光波段，吸收與輻射所帶來的影響微乎其微。

因為介質存極其不穩定、不均勻，致使光偏離了原有的傳播軌道與其固定方向，從而往側方散射，這種情況被稱為介質對光的散射。現如今，科學技術飛速發展，大氣光學和氣象學得出了許多關于散射和粒子尺寸分布關系的可依據的學術理論。從總體上來講，組成傳播介質的粒子類型、形狀、方位、半徑的大小與所分布的情況，都與散射有著不可小覷的聯系，同時射光的波長、方向和偏振面都與其有著緊密關聯。表1列出了在不一樣的天氣下，大氣粒子的組成與分布情況，可以看出，大氣粒子的組成與分布和天氣因素有著密切聯系，從而產生的散射現象也大大不同。

表1 不同天氣下大氣離子的組成與分布情況

3　系統整體方案設計

霧霾天實物景象清晰度的運算方法作為本次課題研究的前期設計，為系統設計和實現奠定了清晰的理論基礎，同時也提供了相當多的設計思路。通過對分析系統的設計需求，從而對系統的整體結構、硬件方案設計和軟件方案設計進行研究。

3.1 系統的整體結構

應設計方面的要求，從硬件入手，此系統主要包含三個模塊：視頻采集模塊、視頻顯示模塊、視頻處理模塊。系統在軟件的方面主要包括三個線程：視頻采集線程、視頻顯示線程和視頻處理線程。而在霧霾天氣下視頻的實時采集則采用模擬視頻信號對其進行采樣并數字化；視頻處理則使用的是對數字化后的圖像使用清晰化的處理方式；視頻的顯示則將處理過后的數字圖像轉為模擬信號輸出到可見是的設備中去。系統整體結構示意圖如圖1所示。

圖1 系統整體結構示意圖

3.2 系統硬件方案設計

DSP（Digital Signal Processor）是具備數字器件獨特的穩固性、可大規模集成性、可反復、重復的性質特征，包括可編程性極高和自適應能力極強等兩個杰出特點，為實現數字信號處理技術帶來了無限的發展和極為新鮮的活力，并使得信號處理更加靈動，功能特質更加復雜。其實信號處理最基本的就是對信號進行交換，其中最主要的目的就是通過提取信號中的有效信息，使用更便捷、可視性更強的方法進行闡述。數字信號處理就是用數字的方法對信號進行變換來獲得有用的信息。而實時就 是要求信息處理系統必須在有限的時間內對外部輸入信號完成指定的處理，而且從信號輸入到處理后輸出的延遲必須足夠小。

3.3 系統軟件方案設計

嵌入式系統的軟件結構包括應用層、操作系統層、設備驅動層這三個大層面。本文所要體現的則是應用層這方面的軟件設計。

在RF5的軟件框架上，將DSP端的應用程序完美的合為一體。Reference Framework 5（RF5） 是IT在TMS320C5000以 及C6000DSP提供的在TIeXpressDSP所支持的供參考的基本框架，而他則建立于DSP/BIOS和TMS320 DSP Algorithm Standard（XDAIS）之上。軟件結構框圖如圖2所示。

圖2 系統軟件結構

4　系統軟件的實現

系統軟件的實現簡單卻又極為高效，可以為管理機制連線，同時也可以協調各個線程。最為重要的一點是嵌入式系統在涉及相應簡單的程序時，可不必使用操作系統，從而簡化程序。但如果在設計比較復雜的應用程序時，則需要運用一個操作系統（OS）幫助人們管理和控制內存，同時包括了多任務和周邊的種種資源等。綜上所述，通過之前章節對DSP的闡述與實驗，得出了系統軟件開發的實現與重要性，也確定了處理平臺是最為合適的核心算法。

主要參考文獻

［1］毛吉軍.霧天CCTV圖像實時清晰化算法的研究［D］.大連:大連海事大學，2012.

［2］臧風妮.智能視頻監控中海面艦船目標檢測算法研究［D］.青島:中國海洋大學，2014.

［3］鄭金環.基于粗糙集的霧天圖像清晰化方法研究［D］.武漢:武漢理工大學，2011.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.10.099

TP391.41

A

1673-0194（2016）10-0142-02

2016-04-08