基于FPGA的图像透雾处理的研究与实现

摘要

在计算机视觉领域，由于雾、霾等恶劣天气影响着户外成像系统的性能，导致了获得的图像画面整体呈现灰白状态，从而掩盖了具体的图像细节特征。因此，研究视频图像透雾技术,对户外成像系统有着重要的意义。 本文以提高雾天图像质量，改善户外成像系统性能为目的，重点研究一种快速视频图像透雾算法，并设计一种基于FPGA的视频图像透雾处理系统。文章详细描述了大气散射模型的推导过程及图像质量下降的原因，并在此基础上提出一种能够适合在FPGA实现的视频图像透雾算法。首先，算法利用均值滤波来优化大气光幕，通过大气散射模型得到清晰的图像，并对透雾后图像进行亮度增强。其次，将算法移植至所设计的硬件平台，对PAL格式的视频图像进行透雾处理，并将透雾处理后的视频图像显示在VGA显示器上。系统在开发环境Quartus II、Altium Designer上完成模块的软硬件设计，并在仿真软件Matlab、Modelsim完成算法及模块的仿真验证；最后使用Quartus II内部的在线逻辑分析仪SignalTapII、FPGA系统自动开发工具Qsys及编程环境Nios II SBT完成系统的测试工作。 实验测试结果表明，雾天图像经过算法处理之后，图像的清晰度得到提高，且还原出自然亮度的图像。视频透雾系统很好地实现实时透雾要求，具有稳定性高、可靠性强的优点。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 课题研究现状

§1.3 文章的主要内容及结构安排

§1.4 文章的价值

§1.5 本章小结

第二章 大气散射模型

§2.1 大气散射理论

§2.2 大气散射建模

§2.3 本章小结

第三章 基于单幅图像透雾算法研究

§3.1 图像复原模型

§3.2 估计大气光幕

§3.3 估计全局大气光

§3.4 图像亮度增强

§3.5 算法的实现流程

§3.6 仿真结果比较与分析

§3.7 本章小结

第四章 视频图像透雾处理系统的硬件设计

§4.1 视频图像透雾系统的框架

§4.2 FPGA电路设计

§4.3 系统电源电路设计

§4.4 视频图像采集模块设计

§4.5 SDRAM的电路设计

§4.6 视频图像解码模块电路设计

§4.7 系统硬件平台

§4.7 本章小结

第五章 视频图像透雾处理系统的软件设计

§5.1 视频图像透雾系统框架

§5.2 视频图像采集编码模块

§5.3 图像格式转换模式

§5.4 SDRAM图像存储模块

§5.5 VGA显示模块

§5.6 图像透雾处理算法模块

§5.7 本章小结

第六章 视频图像透雾处理系统的功能测试

§6.1 系统硬件平台测试

§6.2 系统功能调试过程

§6.3 本章小结

第七章 总结与展望

§7.1 论文工作总结

§7.2 未来工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果