專利名稱：一種霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻圖像增強技術(shù)，具體地涉及一種基于分塊處理和模糊算法的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)，屬于圖像復(fù)原及圖像增強技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
圖像的質(zhì)量直接影響到后期的圖像分析，因此人們常用數(shù)字圖像處理的方式對圖像的質(zhì)量進行改善。霧天時，彌漫在空中的霧霾大幅度降低了景物的能見度，使得景物的細節(jié)無法辨認，交管部門無法獲得清晰地實時圖像信息，治安監(jiān)控不能達到理想的效果等等， 給人們的生產(chǎn)生活帶來嚴重的影響。因此，提高霧天視頻圖像的能見度，增強霧天連續(xù)視頻圖像的清晰度成為了戶外實時圖像處理系統(tǒng)中亟待解決的問題之一。目前，霧天視頻圖像處理系統(tǒng)中經(jīng)常采用基于整幅圖像確定變換或轉(zhuǎn)移函數(shù)對圖像進行全局處理的方法，如全局直方圖，曲波、小波變換，同態(tài)濾波等等。對于圖像的全局處理通常其算法較簡單，但是會因為所選參數(shù)對局部區(qū)域的不適應(yīng)性而造成部分區(qū)域成像質(zhì)量惡化的情況。模糊算法是分析和解決不確定性問題的一種有力工具，在圖像處理系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了成功的運用，尤其是在對比度模糊圖像的增強的運用中，得到了比全局直方圖、 曲波、小波變換、同態(tài)濾波等等全局處理方法更好的處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服現(xiàn)有視頻圖像處理系統(tǒng)中所存在的缺陷和不足，而提供一種基于分塊處理和模糊算法的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)。本發(fā)明提供的處理系統(tǒng)是將圖像按照不同的特征劃分為不同的局部區(qū)域，再根據(jù)局部區(qū)域的特征來計算變換或轉(zhuǎn)移函數(shù)，并將這些函數(shù)用于所對應(yīng)的局部區(qū)域，以得到全局處理不能實現(xiàn)的增強效果；突出圖像細節(jié)的同時，減少圖像的失真；以改善在霧天條件下連續(xù)視頻圖像的視覺效果，增強圖像畫面對比度，提高圖像實時性增強效果。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)其基本原理是將視頻圖像分為基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀兩類，且處理系統(tǒng)將自動更新基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀；然后對基礎(chǔ)幀進行自適應(yīng)分塊處理，對分出的每個子塊再自適應(yīng)匹配渡越點，并計算每個子塊的隸屬度函數(shù)，即模糊算法的具體運算；再將要處理的圖像從空域變換到模糊域，然后在模糊域上進行非線性變換，最后再反變換回空域；即得到每個子塊的R、G、B三個通道圖像增強前后的顏色通道映射表。根據(jù)所述顏色通道映射表對基礎(chǔ)幀進行增強為基礎(chǔ)的去霧處理，對后續(xù)幀先判斷圖像亮度均值與基礎(chǔ)幀的亮度均值之差來決定是否更新基礎(chǔ)幀；如果后續(xù)幀亮度均值與基礎(chǔ)幀亮度均值之差大于5則需要將后續(xù)幀作為更新基礎(chǔ)幀而對基礎(chǔ)幀進行重新分塊，并自適應(yīng)匹配渡越點計算顏色通道映射表，匹配新的映射表。如果后續(xù)幀亮度均值與基礎(chǔ)幀亮度均值之差小于5或等于5，則不需要將后續(xù)幀作為更新基礎(chǔ)幀，此時根據(jù)像素點所處的位置判斷像素點屬于哪個子塊，只需要根據(jù)計算好的該子塊的顏色通道映射表進行查表處理即可。而后續(xù)幀子塊通過和基礎(chǔ)幀的子塊比較，再進行R、G、B三個顏色通道的映射或者對像素進行均值處理。通過上述方法對視頻圖像進行處理后，既減少了視頻圖像處理的運算量，且大幅度地提高了視頻圖像處理速度；同時還保證了視頻圖像的質(zhì)量，完全能滿足獲得實時清晰圖像信息及監(jiān)控效果的需要；與傳統(tǒng)視頻去霧方法相比大大提高了圖像增強實時性。本發(fā)明提供的一種基于分塊處理和模糊算法的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)，包括以下操作步驟(I)將視頻圖像進行分幀首先將要處理視頻圖像劃分為基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀兩類；(2)設(shè)定渡越點數(shù)目，建立顏色通道映射表庫將視頻圖像灰度值在40-80范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為5個，圖像灰度值在80-120范圍內(nèi)每間隔5設(shè)定一個渡越點，共為8個，圖像灰度值在120-255范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為13個；總共設(shè)定26個渡越點，每個渡越點對應(yīng)一個隸屬度函數(shù)和顏色通道映射表，并構(gòu)成顏色通道映射表庫；(3)對基礎(chǔ)幀自適應(yīng)分塊及匹配渡越點根據(jù)視頻圖像的像素亮度方差的大小，將視頻圖像所述基礎(chǔ)幀自適應(yīng)分成1-64 個子塊圖像，對每個子塊進行自適應(yīng)匹配渡越點，然后對每個子塊進行模糊算法處理，計算每個子塊的隸屬度函數(shù)，以分別獲得基礎(chǔ)幀各子塊的R、G、B三個通道圖像增強前后的顏色通道映射表；(4)增強基礎(chǔ)幀子塊圖像對步驟(3)確定的基礎(chǔ)幀的每個子塊圖像，根據(jù)視頻圖像的統(tǒng)計特性，即視頻圖像的平均灰度值，自適應(yīng)匹配基礎(chǔ)幀子塊的渡越點及隸屬度函數(shù)；將視頻圖像從空域變換到模糊域，然后在模糊域上進行非線性變換，再匹配每個所述子塊對應(yīng)的R、G、B三個顏色通道的映射表，根據(jù)所匹配的顏色通道映射表對基礎(chǔ)幀子塊進行增強處理；最后再反變換回空域；(5)對后續(xù)幀進行自適應(yīng)處理首先以要處理的當(dāng)前后續(xù)幀的亮度均值與基礎(chǔ)幀的亮度均值之差作判斷，如果它們的亮度均值差小于或者等于5確定為后續(xù)幀，再判斷其像素點處在相對于基礎(chǔ)幀的哪個子塊，如果不處于基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)，利用步驟(3)得到的映射表進行R、G、B三個顏色通道分量的映射；如果處于基礎(chǔ)幀相鄰子塊重疊區(qū)，根據(jù)其相鄰子塊的通道映射表，對重疊區(qū)域內(nèi)的像素進行均值處理即可，如果它們亮度均值差大于5，則以當(dāng)前后續(xù)幀為更新的基礎(chǔ)幀重復(fù)步驟(3)-(4)即可。上述技術(shù)方案中，所述基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)，是在劃分的子塊與子塊之間的連接區(qū)域選取邊長的十分之一個像素為基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)域。上述技術(shù)方案中，所述對基礎(chǔ)幀進行分塊，首先以整個視頻圖像像素的亮度方差值作判斷，如果亮度方差小于20就不進行分塊處理，如果亮度方差大于或等于20則進行第一次分塊；第一次將圖像分成四塊；然后分別判斷各個子塊的像素亮度方差值，依照第一次分塊的方式?jīng)Q定是否再次分塊。本發(fā)明的視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)具有以下特點及有益技術(shù)效果
I、本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)，采用了對圖像分成基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀，自適應(yīng)分塊處理的方式，圖像的自適應(yīng)分塊處理將圖像按照不同的特征劃分為不同的區(qū)域；然后根據(jù)所關(guān)心的局部區(qū)域的特性來計算變換或轉(zhuǎn)移函數(shù)，并將這些函數(shù)用于所對應(yīng)的區(qū)域，以得到相對于目前常用的基于整幅圖像以確定變換或轉(zhuǎn)移函數(shù)對圖像進行全局處理方法所不能實現(xiàn)的增強效果；本發(fā)明方法對場景豐富的圖像效果尤佳。2、采用本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)進行霧天連續(xù)視頻圖像增強，實現(xiàn)了霧天條件下， 戶外監(jiān)控以及戶外視頻拍攝的實時清晰化處理，增強了圖像畫面對比度，豐富了圖像細節(jié)， 突出圖像細節(jié)的同時，減少圖像的失真，提高了圖像質(zhì)量。3、本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)無論是PAL制還是NTSC制視頻，該處理系統(tǒng)都能達到實時處理，能夠恢復(fù)出畫面大部分的細節(jié)信息，效率高，效果好。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程中霧天視頻圖像增強裝置103的位置示意圖；圖2是本發(fā)明圖I中霧天視頻圖像增強裝置103的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；也是霧天視頻圖像增強算法的原理示意圖；圖3是本發(fā)明圖I中霧天連續(xù)視頻圖像增強裝置103模塊的算法流程圖；圖4是本發(fā)明圖3中算法流程圖中渡越點求解單元302的算法流程圖；圖5是本發(fā)明霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)的軟件整體流程示意圖；圖6去霧處理之前視頻圖像原圖；圖7采用本發(fā)明處理系統(tǒng)去霧處理之后的視頻圖像效果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但不應(yīng)理解為是對本發(fā)明保護范圍的任何限定。圖I中，對輸入數(shù)據(jù)緩沖101單元進行色彩空間轉(zhuǎn)換，將源圖像從101單元的YUV 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)至102輸入數(shù)據(jù)緩沖RGB圖像單元的RGB數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換公式如下(I)式所示；R=L 164* (Y-16) +1. 596* (V-128)G=L 164* (Y-16) -0. 813* (V-128) -0. 392* (U-128)--------(I)B=L 164* (Y-16) +2. 017* (U-128)霧天視頻圖像增強裝置103單元模塊對102單元輸出的源圖像數(shù)據(jù)進行增強處理，然后輸出到104輸出數(shù)據(jù)緩沖單元，此時目標圖像為RGB格式，再將104單元的目標圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成105輸出數(shù)據(jù)緩沖單元的YUV格式進行輸出，轉(zhuǎn)換公式如下(2)式所示；Y = O. 257*R+0. 504*G+0. 098*B+16U = -0. 148*R_0. 291*G+0. 439*B+12--------(2)V = O. 439*R_0. 368*G_0. 071*B+128式⑴和式⑵中，RGB加色混合色彩模型，顏色的一種表示模型，所述R、G、B分別代表紅色、綠色和藍色；YUV顏色的另外一種表不模型,應(yīng)用于電視傳播系統(tǒng)的彩色模型,所述Y、U、V分別代表亮度、色度和色差。
參考書目《圖像通信》何小海滕奇志等等2005年西安電子科大出版社。圖2中，視頻圖像增強裝置103的模塊結(jié)構(gòu)圖，該模塊圖主要包括基礎(chǔ)幀重疊分塊模塊201、空域轉(zhuǎn)模糊域模塊202、模糊域增強模塊203、模糊域轉(zhuǎn)空域模塊204。201單元對原圖像數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)分塊處理，將圖像分成1-64個子塊，并且相鄰兩個子塊之間均有個數(shù)為相鄰邊長的1/10的像素作為重疊區(qū)域；202單元將每個子塊的顏色分量數(shù)據(jù)，如R通道的值進行空域轉(zhuǎn)模糊域處理，將圖像從空域轉(zhuǎn)換到模糊域，得到圖像的模糊域特征平面； 203單元對圖像的每個子塊進行模糊域增強處理，得到增強后的模糊特征平面；再通過204 單元，將每個子塊圖像從模糊域反轉(zhuǎn)回空域，得到增強后的子塊目標圖像數(shù)據(jù)；205單元組合子塊圖像，按照分塊之前子塊的位置重新組合在一起，構(gòu)成處理完成之后新的整幅圖像， 實現(xiàn)了霧天視頻圖像增強處理的目的。圖3是圖I中霧天視頻圖像增強裝置103的算法流程圖，包括以下步驟步驟301，判斷是否為基礎(chǔ)幀，如果是，轉(zhuǎn)至步驟302，如果不是，轉(zhuǎn)至步驟312 ；步驟302，如果是基礎(chǔ)幀，并對圖像進行自適應(yīng)分塊處理，分成1-64個子塊，其相鄰子塊之間均有個數(shù)為相鄰邊長的1/10的像素作為重疊區(qū)域；步驟303，自適應(yīng)匹配每個子塊的渡越點，匹配隸屬度函數(shù)和R、G、B三顏色通道映射表；步驟304，計算基礎(chǔ)幀每個子塊的倒數(shù)模糊因子，公式(7)步驟305，計算基礎(chǔ)幀每個子塊的隸屬度函數(shù)，根據(jù)隸屬度函數(shù)將圖像從空域變換到模糊域，公式(6)；步驟306，對于基礎(chǔ)幀每個子塊，在模糊域上進行非線性變換，更新隸屬度；步驟307，將基礎(chǔ)幀每個子塊從模糊域反變換回空域，由公式(6)進行逆變換；步驟308，選取基礎(chǔ)幀每個子塊圖像增強后的顏色通道映射表；步驟309，判斷是否為重疊區(qū)域如果不是，轉(zhuǎn)至步驟310，如果是，轉(zhuǎn)至步驟311 ；步驟310，根據(jù)步驟308得到的各子塊的映射表對基礎(chǔ)幀非重疊部分圖像進行增強處理；步驟311，根據(jù)步驟308得到的各子塊圖像增強后映射表，對每個子塊R、G、B三顏色的映射值進行均值處理，組成新的映射表對基礎(chǔ)幀的重疊部分進行增強處理；步驟312，如果是后續(xù)幀，判斷是否為重疊區(qū)域如果是，轉(zhuǎn)至步驟313，如果不是， 轉(zhuǎn)至步驟314 ；步驟313，根據(jù)步驟308得到的基礎(chǔ)幀子塊映射表，對后續(xù)幀非重疊部分圖像進行增強處理；步驟314，根據(jù)步驟308得到的基礎(chǔ)幀各子塊映射表，對每個子塊的映射值進行均值處理，建立新的映射表對后續(xù)幀的重疊部分進行增強處理。圖4為渡越點求解單元303的算法流程圖，包括以下步驟步驟401，計算視頻幀各子塊的灰度均值，公式(3)；步驟402，計算基礎(chǔ)幀各子塊的標準差，公式(4)，根據(jù)標準差選取渡越點匹配函數(shù)參數(shù)值k2 ；步驟403，選取各子塊的渡越點X，公式(5)。實施例
以下實施例根據(jù)本發(fā)明圖5的軟件整體流程示意圖，對霧天連續(xù)視頻圖像作實時性增強處理，包括以下操作步驟第一步將視頻圖像進行分幀首先將要處理的視頻圖像劃分為基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀；第二步設(shè)定渡越點數(shù)目，建立顏色通道映射表庫將視頻圖像灰度值在40-80范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為5個，圖像灰度值在80-120范圍內(nèi)每間隔5設(shè)定一個渡越點，共為8個，圖像灰度值在120-255范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為13個；總共設(shè)定26個渡越點，每個渡越點對應(yīng)一個隸屬度函數(shù)和顏色通道映射表；各顏色通道映射表構(gòu)成為顏色通道映射表庫；第三步基礎(chǔ)幀自適應(yīng)分塊根據(jù)視頻圖像的像素亮度方差的大小，對第一步確定的基礎(chǔ)幀進行自適應(yīng)重疊分塊處理，將基礎(chǔ)幀分成1-64子塊，為避免處理后的視頻圖像出現(xiàn)塊效應(yīng)，在基礎(chǔ)幀相鄰子塊連接區(qū)域處選取有相鄰邊長的1/10個像素作為其重疊區(qū)域；第四步增強基礎(chǔ)幀子塊圖像對第三步確定的基礎(chǔ)幀的每個子塊，進行模糊變換，以獲得每個子塊的R、G、B顏色通道映射表，再增強基礎(chǔ)幀子塊，具體步驟如下I)根據(jù)基礎(chǔ)幀各子塊的統(tǒng)計特性，自適應(yīng)的配對每個子塊的渡越點X，由以下公
式(5)確定，提供由多個渡越點組成的渡越點庫共26個渡越點；每個渡越點代表一個灰
度處理的分界點，通過模糊處理降低渡越點X以下的灰度，而提高渡越點X以上的灰度，以
此達到提高對比度的目的；目前傳統(tǒng)的渡越點一般通過直方圖波谷法或OTSU法自適應(yīng)選
取，其缺點是計算出的值不準確或者計算量大；而本發(fā)明通過公式(3)均值和公式(4)標
準差匹配渡越點，不僅準確率高，而且計算量也較小；首先計算當(dāng)前基礎(chǔ)幀各子塊的均值
mean和標準差stdard w H
權(quán)利要求
1.一種基于分塊處理和模糊算法的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)，其特征在于包括以下操作步驟(1)將視頻圖像進行分幀首先將要處理視頻圖像劃分為基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀兩類；(2)設(shè)定渡越點數(shù)目，建立顏色通道映射表庫將視頻圖像灰度值在40-80范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為5個，圖像灰度值在80-120范圍內(nèi)每間隔5設(shè)定一個渡越點，共為8個，圖像灰度值在120-255范圍內(nèi)每間隔10設(shè)定一個渡越點，共為13個；總共設(shè)定26個渡越點，每個渡越點對應(yīng)一個隸屬度函數(shù)和顏色通道映射表，并構(gòu)成顏色通道映射表庫；(3)對基礎(chǔ)幀自適應(yīng)分塊及匹配渡越點根據(jù)視頻圖像的像素亮度方差的大小，將視頻圖像所述基礎(chǔ)幀自適應(yīng)分成1-64個子塊圖像，對每個子塊進行自適應(yīng)匹配渡越點，然后對每個子塊進行模糊算法處理，計算每個子塊的隸屬度函數(shù)，以分別獲得基礎(chǔ)幀各子塊的R、G、B三個通道圖像增強前后的顏色通道映射表；(4)增強基礎(chǔ)幀子塊圖像對步驟(3)確定的基礎(chǔ)幀的每個子塊圖像，根據(jù)視頻圖像的統(tǒng)計特性，即視頻圖像的平均灰度值，自適應(yīng)匹配基礎(chǔ)幀子塊的渡越點及隸屬度函數(shù)；將視頻圖像從空域變換到模糊域，然后在模糊域上進行非線性變換，再匹配每個所述子塊對應(yīng)的R、G、B三個顏色通道的映射表，根據(jù)所匹配的顏色通道映射表對基礎(chǔ)幀子塊進行增強處理；最后再反變換回空域；(5)對后續(xù)幀進行自適應(yīng)處理首先以要處理的當(dāng)前后續(xù)幀的亮度均值與基礎(chǔ)幀的亮度均值之差作判斷，如果它們的亮度均值差小于或者等于5確定為后續(xù)幀，再判斷其像素點處在相對于基礎(chǔ)幀的哪個子塊，如果不處于基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)，利用步驟(3)得到的映射表進行R、G、B三個顏色通道分量的映射；如果處于基礎(chǔ)幀相鄰子塊重疊區(qū)，根據(jù)其相鄰子塊的通道映射表，對重疊區(qū)域內(nèi)的像素進行均值處理即可，如果它們亮度均值差大于5，則以當(dāng)前后續(xù)幀為更新的基礎(chǔ)幀重復(fù)步驟(3)-(4)即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)，其特征在于所述基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)，是在劃分的子塊與子塊之間的連接區(qū)域選取邊長的十分之一個像素為基礎(chǔ)幀相鄰子塊的重疊區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)，其特征在于所述對基礎(chǔ)幀進行分塊，首先以整個視頻圖像像素的亮度方差值作判斷，如果亮度方差小于20 就不進行分塊處理，如果亮度方差大于或等于20則進行第一次分塊；第一次將圖像分成四塊；然后分別判斷各個子塊的像素亮度方差值，依照第一次分塊的方式?jīng)Q定是否再次分塊。
全文摘要
本發(fā)明是基于分塊處理和模糊算法的霧天連續(xù)視頻圖像實時性增強處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)將圖像分為基礎(chǔ)幀和后續(xù)幀，對基礎(chǔ)幀進行分塊處理，對每個子塊匹配渡越點和隸屬度函數(shù)，再將圖像從空域變換到模糊域，在模糊域上進行非線性變換增強；得到每個子塊的R、G、B三個通道圖像增強前后的顏色通道映射表，最后將圖像反變換回空域；對后續(xù)幀處理根據(jù)基礎(chǔ)幀直接增強圖像或者更新基礎(chǔ)幀。本發(fā)明處理系統(tǒng)比全局處理更具有實時性；突出圖像細節(jié)的同時，減少圖像的失真；改善了在霧天條件下連續(xù)視頻圖像的視覺效果，增強了圖像畫面對比度，且能保證圖像質(zhì)量；完全能滿足所需實時清晰圖像信息及監(jiān)控效果的需要。
文檔編號G06T5/00GK102611828SQ201210007378
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者何小海, 何艷, 吳煒, 李軍華, 楊宗瑞, 陳英濤, 黃曉強 申請人:四川大學(xué)