基于DSP的雾天监控视频图像清晰化处理方法研究

王昌瑞

（菏泽学院，山东 菏泽 274015）

基于DSP的雾天监控视频图像清晰化处理方法研究

王昌瑞

（菏泽学院，山东 菏泽 274015）

现如今在交通运输、农业生产、工业生产、军事科技等许多领域范围内，视频监控扮演着举足轻重的角色。但是，如今的监控系统对天气要求非常苛刻，在可视度比较低下的雾天，对实物取景非常不利，限制和损害了室外监控系统的使用。因此，为大大提高图像的清晰度，在DSP的恶劣天气下监控视频清晰度的处理方式具有重大的研究意义和利用价值。本文从雾霾天气下图像的清晰度与DSP的特点着手，分析雾天图像的物理成因，并提出系统的设计方案，从而完成了整个系统软件的实现。

雾霾天；图像的处理；方案设计；视频监视

1　绪 论

1.1 课题的研究背景与意义

随着信息多媒体数字技术的高速发展，视频监视在安全防护、农业生产、军事科技等众多领域中扮演着至关重要的作用。根据雾天图像的物理成因、整体方案设计来体现雾天监控的实质清晰度，大大提升了监视系统在恶劣天气开展工作的可行性。

1.2 研究现状

1.2.1 雾霾天图像清晰度研究现状

在雾霾天清晰度不高的实物景象中，本身偏低的灰度值大大增加、而数值偏高的灰度值却被减小，致使像素点灰度值无限集合在于一点上，是一种显而易见的对比度退化，可以理解为雾霾天图像清晰度不高同样的也是对比度提高的一种弊端。

现如今，对雾霾天气图像清晰度处理的方式一般分为两大类型：模型与非模型的运算方法。模型的运算是根据景象清晰度下降的原因，使用逆向运算的方法来提升图像自身的对比度；然而在非模型的运算方式下，并不需要了解图像清晰度下降的内在原因。

本文所提出的观点与试验都是为了更直观地表达出如何提高雾霾天图像清晰度，如何使用自身的对比度来提升图像清晰度。

1.2.2 DSP特点与发展现状

DSP的强大功能在于对各种数据可以通过实时性、时效性的处理方法，除具备普通微处理器强调的快速计算和控制功能外，在结构上主要体现了数字信号处理算法的需求，采用并行处理、流水线、适量处理以及超标量等技术来提高处理性能。DSP总体来说体现在具备多个可同时操作的处理单元，如利用符合的信号的乘加来处理单元、专用寻址单元、DMA单元与终端处理单元等，对于执行单元可以同时运作，大大增加处理速率。

DSP技术经过重重考验，其饱满的硬件资源、可同时高速运转、强大的指令系统与快速运转数据上的处理实力，已广阔覆盖到平时工作、生活和学习中，同时在语音、声纳系统、图像、系统控制、地质勘查、电力系统、生物医学工程、故障检测、全自动化仪器等各大领域得到了非常广泛的应用。

2　雾天图像的物理成因

在雾霾与其他恶劣天气的影响下，室外取景的图像对比度与它的分辨率都有着非常显著的下降，从实质上说，是因为本体光线在实物上通过接收装置来传播，在大气中碰到了粒子半径较大的气溶胶悬浮粒子从而产生了交互作用，使得光以略微相同的规则在空间中重新分布。常见的交互作用大体分为三种类别：散射、吸收与辐射。致使图像质量下降的主要原因中，散射是极为重要的可见光波段，吸收与辐射所带来的影响微乎其微。

因为介质存极其不稳定、不均匀，致使光偏离了原有的传播轨道与其固定方向，从而往侧方散射，这种情况被称为介质对光的散射。现如今，科学技术飞速发展，大气光学和气象学得出了许多关于散射和粒子尺寸分布关系的可依据的学术理论。从总体上来讲，组成传播介质的粒子类型、形状、方位、半径的大小与所分布的情况，都与散射有着不可小觑的联系，同时射光的波长、方向和偏振面都与其有着紧密关联。表1列出了在不一样的天气下，大气粒子的组成与分布情况，可以看出，大气粒子的组成与分布和天气因素有着密切联系，从而产生的散射现象也大大不同。

表1 不同天气下大气离子的组成与分布情况

3　系统整体方案设计

雾霾天实物景象清晰度的运算方法作为本次课题研究的前期设计，为系统设计和实现奠定了清晰的理论基础，同时也提供了相当多的设计思路。通过对分析系统的设计需求，从而对系统的整体结构、硬件方案设计和软件方案设计进行研究。

3.1 系统的整体结构

应设计方面的要求，从硬件入手，此系统主要包含三个模块：视频采集模块、视频显示模块、视频处理模块。系统在软件的方面主要包括三个线程：视频采集线程、视频显示线程和视频处理线程。而在雾霾天气下视频的实时采集则采用模拟视频信号对其进行采样并数字化；视频处理则使用的是对数字化后的图像使用清晰化的处理方式；视频的显示则将处理过后的数字图像转为模拟信号输出到可见是的设备中去。系统整体结构示意图如图1所示。

图1 系统整体结构示意图

3.2 系统硬件方案设计

DSP（Digital Signal Processor）是具备数字器件独特的稳固性、可大规模集成性、可反复、重复的性质特征，包括可编程性极高和自适应能力极强等两个杰出特点，为实现数字信号处理技术带来了无限的发展和极为新鲜的活力，并使得信号处理更加灵动，功能特质更加复杂。其实信号处理最基本的就是对信号进行交换，其中最主要的目的就是通过提取信号中的有效信息，使用更便捷、可视性更强的方法进行阐述。数字信号处理就是用数字的方法对信号进行变换来获得有用的信息。而实时就 是要求信息处理系统必须在有限的时间内对外部输入信号完成指定的处理，而且从信号输入到处理后输出的延迟必须足够小。

3.3 系统软件方案设计

嵌入式系统的软件结构包括应用层、操作系统层、设备驱动层这三个大层面。本文所要体现的则是应用层这方面的软件设计。

在RF5的软件框架上，将DSP端的应用程序完美的合为一体。Reference Framework 5（RF5） 是IT在TMS320C5000以 及C6000DSP提供的在TIeXpressDSP所支持的供参考的基本框架，而他则建立于DSP/BIOS和TMS320 DSP Algorithm Standard（XDAIS）之上。软件结构框图如图2所示。

图2 系统软件结构

4　系统软件的实现

系统软件的实现简单却又极为高效，可以为管理机制连线，同时也可以协调各个线程。最为重要的一点是嵌入式系统在涉及相应简单的程序时，可不必使用操作系统，从而简化程序。但如果在设计比较复杂的应用程序时，则需要运用一个操作系统（OS）帮助人们管理和控制内存，同时包括了多任务和周边的种种资源等。综上所述，通过之前章节对DSP的阐述与实验，得出了系统软件开发的实现与重要性，也确定了处理平台是最为合适的核心算法。

主要参考文献

［1］毛吉军.雾天CCTV图像实时清晰化算法的研究［D］.大连:大连海事大学，2012.

［2］臧风妮.智能视频监控中海面舰船目标检测算法研究［D］.青岛:中国海洋大学，2014.

［3］郑金环.基于粗糙集的雾天图像清晰化方法研究［D］.武汉:武汉理工大学，2011.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.10.099

TP391.41

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1673-0194（2016）10-0142-02

2016-04-08