基于FPGA的实时图像去雾系统研究与设计

发布时间：2023-03-02 10:48

　　由于大雾天水汽对光线的散射作用,导致户外图像采集系统获取的图像存在对比度低、色彩失真和细节丢失的缺点。为了降低大雾对系统的影响,能够稳定获取清晰图像,本文通过对当前图像去雾领域中关键算法的研究与改进,依托FPGA数字电路并行运算的速度优势,设计了一套适用范围广、去雾效果好的实时图像去雾系统。首先设计了去雾系统的基本架构,使用IIC协议配置CMOS摄像头获取1280×720分辨率60Hz的雾天原始图像,设计SDRAM控制电路缓存去雾图像数据,设计VGA控制电路完成去雾图像的显示。其次针对轻雾和重雾两种场景适用去雾算法不同的问题,提出使用图像方差值的大小区分大雾场景,使去雾系统具有较好的适应性。然后研究了适用于轻雾场景的局部直方图均衡化和适用于重雾场景的暗原色先验两种去雾算法,并针对局部直方图均衡化去雾算法RGB单通道均衡化后合成图像易失真的问题,采用转换至YCBCR颜色空间的方法,只对亮度成分均衡化,解决了去雾图像易失真的问题。针对暗原色先验去雾算法复杂度高和FPGA实现难的缺点,采用快速最小值滤波求取暗通道图像,采用阈值限定法快速排除天空区域,求取大气光,采用二次Sobel边缘检测限定...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 去雾算法研究现状
        1.2.2 去雾硬件研究现状
    1.3 研究内容及章节安排
2 硬件系统架构设计
    2.1 FPGA系统平台
        2.1.1 系统框架分析
        2.1.2 技术指标
        2.1.3 图像质量评价方法
    2.2 图像采集驱动模块
    2.3 图像缓存驱动模块
        2.3.1 上电自刷新模块
        2.3.2 读写模块
        2.3.3 仲裁模块
        2.3.4 读写缓存模块与FIFO IP核
    2.4 VGA显示控制器驱动设计
    2.5 本章小结
3 图像去雾算法的研究
    3.1 雾天图像大气散射模型
    3.2 自适应去雾算法选择
    3.3 直方图均衡化算法
        3.3.1 全局直方图均衡化
        3.3.2 局部直方图均衡化
    3.4 暗原色先验去雾算法研究与实现
        3.4.1 暗通道图像求取
        3.4.2 透射率和大气光的求取
        3.4.3 细化透射率
        3.4.4 复原图像与质量评价
    3.5 暗原色先验去雾算法改进
        3.5.1 快速最小值滤波
        3.5.2 快速求取大气光
        3.5.3 快速细化透射率
        3.5.4 改进后复原图像与质量评价
    3.6 本章小结
4 基于FPGA的去雾算法硬件实现
    4.1 自适应算法硬件控制电路
    4.2 局部直方图均衡化算法FPGA电路
    4.3 暗原色先验算法FPGA电路
        4.3.1 快速最小值滤波电路
        4.3.2 边缘检测电路
        4.3.3 细化透射率和去雾输出电路
    4.4 时序分析与时序约束
    4.5 硬件测试与分析
        4.5.1 硬件实时测试
        4.5.2 图像质量评价
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3752273