本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的實(shí)時(shí)視頻去霧系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境惡化加劇,霧霾天氣逐漸增多,較嚴(yán)重地影響社會(huì)生產(chǎn)和生活秩序。霧天圖像的清晰化處理作為圖像預(yù)處理的重要環(huán)節(jié)之一,對(duì)圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域有著非常重要的影響,圖像去霧的研究漸成熱點(diǎn)之一。隨著計(jì)算機(jī)及半導(dǎo)體等技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)視頻處理設(shè)備提出了小型化、實(shí)時(shí)化、高清化等要求,如何在保證視頻去霧效果的同時(shí)保證視頻的高清化、實(shí)時(shí)化是一個(gè)重要的研究方向。本文首先分析了去霧方法目前所具有的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值,介紹了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,對(duì)視頻去霧系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。針對(duì)視頻去霧系統(tǒng)中的視頻輸入輸出、圖像幀緩沖以及內(nèi)部總線接口等各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的方案對(duì)比與論證,設(shè)計(jì)了視頻去霧系統(tǒng)的電路與邏輯框架。其次,詳細(xì)闡述了基于暗通道先驗(yàn)的單幅圖像去霧算法原理,分析了算法中各部分的運(yùn)算量,在保證去霧效果的前提下對(duì)暗通道計(jì)算等運(yùn)算量較大的模塊進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化,減少了圖像去霧算法的運(yùn)算復(fù)雜度。接著,在FPGA上利用Vivado HLS高層綜合工具實(shí)現(xiàn)了暗通道先驗(yàn)圖像計(jì)算、霧天透射率圖像計(jì)算和去霧圖像生成等模塊的邏輯電路,高效地完成了圖像去霧算法的移植。根據(jù)視頻時(shí)域連續(xù)性的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了視頻去霧輔助算法以解決圖像去霧算法處理視頻過(guò)程中存在的視頻閃爍等問(wèn)題,并采用軟硬件聯(lián)合處理方法實(shí)現(xiàn)了視頻去霧算法。隨后,分析了視頻去霧系統(tǒng)中外部幀緩沖存儲(chǔ)接口、去霧算法模塊、視頻輸入輸出以及內(nèi)部總線接口等關(guān)鍵模塊存在的高延遲與低吞吐量等性能瓶頸,分別對(duì)它們進(jìn)行了優(yōu)化,減少了各模塊的傳輸延遲并增加了其傳輸帶寬,擴(kuò)展了視頻去霧系統(tǒng)對(duì)720P高清實(shí)時(shí)視頻處理的支持。最后,采用RTL仿真的方法對(duì)基于FPGA的圖像去霧算法進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行功能測(cè)試,給出了視頻去霧系統(tǒng)進(jìn)行高清視頻去霧處理前后的效果對(duì)比圖。測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的高清實(shí)時(shí)視頻去霧功能,并且具有效果良好、自適應(yīng)去霧等特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：視頻去霧 FPGA 實(shí)時(shí) 720P 暗通道先驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN791;TN919.81
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)10-12
• 1.3 課題主要工作與安排12-14
• 1.3.1 論文主要工作12
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-27
• 2.1 實(shí)時(shí)視頻去霧系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-15
• 2.2 視頻輸入輸出接口15-18
• 2.3 圖像幀緩沖存儲(chǔ)接口18-22
• 2.4 內(nèi)部總線接口22-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第三章 單幅圖像去霧算法研究27-36
• 3.1 大氣散射與成像27-29
• 3.1.1 大氣散射原理27-28
• 3.1.2 大氣散射模型28-29
• 3.1.3 霧天降質(zhì)圖像特點(diǎn)29
• 3.2 基于暗通道先驗(yàn)的圖像去霧方法29-34
• 3.2.1 暗通道先驗(yàn)29-30
• 3.2.2 傳遞函數(shù)的估計(jì)30-31
• 3.2.3 傳遞函數(shù)的優(yōu)化31-32
• 3.2.4 大氣光估計(jì)32
• 3.2.5 有霧圖像的恢復(fù)32-33
• 3.2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比33-34
• 3.3 本章小節(jié)34-36
• 第四章 基于FPGA的視頻去霧算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)36-55
• 4.1 視頻去霧輔助算法設(shè)計(jì)36-38
• 4.1.1 大氣光強(qiáng)度的優(yōu)化36-37
• 4.1.2 去霧程度設(shè)定37
• 4.1.3 去霧功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)37-38
• 4.2 視頻去霧算法實(shí)現(xiàn)總體方案設(shè)計(jì)38-42
• 4.2.1 視頻處理模塊的輸入輸出交互38-40
• 4.2.2 算法的軟硬件聯(lián)合實(shí)現(xiàn)40-41
• 4.2.3 總體方案實(shí)現(xiàn)41-42
• 4.3 邏輯方案設(shè)計(jì)42-51
• 4.3.1 高層綜合工具簡(jiǎn)介42-43
• 4.3.2 Vivado HLS視頻處理框架43-45
• 4.3.3 暗通道先驗(yàn)圖像計(jì)算模塊45-47
• 4.3.4 霧天透射率圖像計(jì)算模塊47-49
• 4.3.5 去霧圖像生成模塊49-51
• 4.4 軟件方案設(shè)計(jì)51-53
• 4.4.1 大氣光參數(shù)計(jì)算51-52
• 4.4.2 去霧程度調(diào)節(jié)52-53
• 4.4.3 去霧功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 第五章 高清視頻去霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化55-60
• 5.1 外部幀緩沖存儲(chǔ)接口的設(shè)計(jì)與優(yōu)化55-56
• 5.1.1 統(tǒng)一總線接口55-56
• 5.1.2 優(yōu)化總線協(xié)議56
• 5.2 高清視頻去霧算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化56-57
• 5.2.1 除法運(yùn)算的優(yōu)化56
• 5.2.2 內(nèi)存訪問(wèn)的優(yōu)化56-57
• 5.3 高清視頻輸入輸出流水線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化57-58
• 5.4 系統(tǒng)全局互聯(lián)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 系統(tǒng)仿真與測(cè)試60-66
• 6.1 去霧算法的RTL仿真60-61
• 6.2 實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試61-64
• 6.2.1 測(cè)試環(huán)境搭建61-63
• 6.2.2 功能測(cè)試63-64
• 6.3 本章小結(jié)64-66
• 第七章 總結(jié)與展望66-68
• 7.1 本文工作總結(jié)66-67
• 7.2 工作展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文70-71
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目71-72
• 致謝72

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本文編號(hào)：314529