探究基于DSP的霧霾天氣圖像處理技術(shù)

才興

摘 要：如今霧霾天氣頻繁的出現(xiàn)在中國各大中城市，在霧霾天氣里由于霧霾的籠罩，能見度下降，監(jiān)控圖片中的景物與人物都模糊不清，為交通監(jiān)管、刑偵等工作造成了很大影響。該文通過對(duì)霧霾天氣的圖像特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了基于DSP的霧霾天氣處理技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：DSP 霧霾天氣 圖像處理技術(shù) 分析

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0090-01

由于城市空氣污染，霧霾天氣在我國個(gè)大中城市頻繁出現(xiàn)。在霧霾天氣中，由于能見度降低，造成視屏監(jiān)控與照相設(shè)備的在圖像采集時(shí)出現(xiàn)圖像不清晰等現(xiàn)象，這對(duì)交通安全、運(yùn)輸、行政管理、刑偵等工作造成了嚴(yán)重的阻礙。所以針對(duì)霧霾天氣中圖像清晰化處理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

1 霧霾天氣圖像的特點(diǎn)

霧霾天氣下在圖片的視覺效果有以下特點(diǎn)：第一，圖片模糊，難以觀察細(xì)節(jié)；第二，圖片的對(duì)比度變?nèi)?，圖像的灰度值偏低?；叶戎抵饕诘皖l區(qū)域分布，比較集中與直方圖的右邊，這使得圖像在視覺效果上偏灰白，圖像的細(xì)節(jié)融于景物，分辨困難。該問題的根源是亮度與對(duì)比度增強(qiáng)、能見度減小的緣故。遠(yuǎn)方在視覺范圍可見的景物，在霧霾天氣里，不易被人們看到，這影響了人們對(duì)景物的正確判斷。

文章主要從圖像的對(duì)比度、亮度和灰度值的分布出發(fā)，研究霧霾天氣下圖像退化的原因，找到克服它的辦法，從而提高圖像的質(zhì)量，滿足人們?cè)陟F霾天氣下獲取圖像信息的需求。

2 DPS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代到80年代，由于當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)還沒有得到廣泛發(fā)展，機(jī)箱式結(jié)構(gòu)的圖像處理系統(tǒng)還是占主導(dǎo)地位，其占用空間很大，而且價(jià)格昂貴，當(dāng)時(shí)該系統(tǒng)主要應(yīng)用在遙感與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的圖像處理中。

我國在圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)和研制上，要晚于英美等國家，在初期采用的也是機(jī)箱式結(jié)構(gòu)。從80年代中期以后，我國圖像處理系統(tǒng)開始由機(jī)箱式到插卡式過渡，當(dāng)時(shí)的圖像處理系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)與圖像卡共同組成。

20世紀(jì)90年代初，PCI總線技術(shù)的成熟與推廣，使用PCI總線技術(shù)的圖像卡變成額市場(chǎng)的主流。使用PCI總線技術(shù)的圖像卡可以在Windows系統(tǒng)下利用圖像處理軟件來處理圖像。

隨著DSP技術(shù)的發(fā)展與成熟，DSP芯片以價(jià)格低、體積小和運(yùn)算速度快等優(yōu)勢(shì)，使得以DSP為芯片圖像處理器引起各界人士的親睞。在DSP的應(yīng)用方面，我國與發(fā)達(dá)國家保持同步，從DSP芯片問世開始，我國市場(chǎng)就有銷售DSP芯片的公司。國內(nèi)的DSP主要是應(yīng)用在應(yīng)通信和數(shù)字消費(fèi)領(lǐng)域中。

隨著DSP對(duì)信號(hào)運(yùn)算和處理能力的提高，以及芯片成本降低，DSP在越來越廣泛的應(yīng)用在各領(lǐng)域中，基于DSP芯片的產(chǎn)品人們生產(chǎn)生活的關(guān)系越來越密切。

3 基于DSP的霧霾天氣圖像處理系統(tǒng)

3.1 開發(fā)工具

3.1.1 CCS環(huán)境開發(fā)

CCS是一項(xiàng)在代碼開發(fā)與調(diào)試方面具有較強(qiáng)功能性較強(qiáng)的開發(fā)工具。CCS利用工程的概念完成軟件開發(fā)，解決了軟件系統(tǒng)復(fù)雜性的問題。一個(gè)CCS的工程中常常會(huì)包含了源文件、目標(biāo)文件、庫文件與連接文件等，各個(gè)文件間可以根據(jù)需要調(diào)用其他文件或文件中的結(jié)構(gòu)，使各種文件發(fā)揮應(yīng)有的作用，完成對(duì)硬件系統(tǒng)的充分利用。CCS軟件提供的強(qiáng)大功能，可以有效地提高軟件開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。

3.1.2 DSP/BIOS系統(tǒng)

DSP/BIOS是一種可由用戶裁剪的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它是CCS軟件中的一部分。DSP/BIOS可以對(duì)線程進(jìn)行有效管理，由于該系統(tǒng)師搶占式的操作系統(tǒng)，所以高優(yōu)先級(jí)任務(wù)可以優(yōu)先于低優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成。該系統(tǒng)可以提供多線程同時(shí)訪問、相互協(xié)調(diào)、資源共享等結(jié)構(gòu)，具體選擇怎樣的結(jié)構(gòu)可以視情況而定。該系統(tǒng)具有可以改變線程的優(yōu)先級(jí)別功能，這方便了資源的分配與調(diào)節(jié)。

3.1.3 CSL庫函數(shù)

為了使開發(fā)程序的難度減小，縮短開發(fā)程序時(shí)間，開發(fā)者可以使用CCS中CSL芯片的支持庫，CSL可以把DSP開發(fā)中進(jìn)行硬件資源訪問時(shí)涉及的函數(shù)集合成庫，變成API函數(shù)，這樣開發(fā)者在設(shè)計(jì)程序可以時(shí)方便調(diào)用。

3.2 DSP軟件的設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)總體軟件的設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要完成對(duì)所選芯片初始化，以驅(qū)動(dòng)與芯片有關(guān)的總線與接口，然后進(jìn)行視頻采集，當(dāng)芯片的視頻采集時(shí)完成，把采集到的圖像信息發(fā)送到處理芯片中，利用小波同態(tài)運(yùn)算軟件進(jìn)行運(yùn)算和處理。處理完成后，發(fā)送給顯示緩沖區(qū)芯片進(jìn)行解碼，完成顯示。這就是完成了這個(gè)圖像處理軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)。

3.2.2 芯片初始化程序

芯片的初始化過程包括：CSL庫函數(shù)、ache、I2C、FIASH和GPIO的初始化五個(gè)步驟。

3.2.3 視頻采集程序

在開發(fā)視頻采集程序是，首先要做的是設(shè)置中斷向量表，之后再分配視頻通道所需的地址。在使用解碼器進(jìn)行初始化程序中，當(dāng)I2C總線出現(xiàn)空閑時(shí)，可以將I2C子地址存入到設(shè)備地址寄存器之中。在I2C開始發(fā)送起始條件后，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此時(shí)可以使用I2C總線對(duì)解碼器進(jìn)行初始化。

3.2.4 圖像顯示程序

在進(jìn)行GPIO設(shè)置使時(shí)，GPIO0需要置高電平，即使用I2C1總線。視頻口的地址是0x88。之后進(jìn)行程序的初始化。

在把經(jīng)過處理的圖像存入緩沖區(qū)之后，把圖像Y、Cb和Cr也分別存在相應(yīng)的緩沖區(qū)之中。啟動(dòng)顯示模塊后，把顯示緩沖區(qū)之中的內(nèi)容顯示在屏幕上。如果顯示緩沖區(qū)中依然存有數(shù)據(jù)時(shí)，完成標(biāo)志位為0，則可以繼續(xù)在顯示緩沖區(qū)中調(diào)用的數(shù)據(jù)；如果顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)清空，完成標(biāo)志位為1，此時(shí)要將完成標(biāo)志清零。

4 測(cè)試結(jié)果

在2012年，哈爾濱理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)基于DPS霧霾圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。當(dāng)時(shí)正值哈爾濱供暖時(shí)期，空氣中所含的煙塵密度很大，形成了霧霾。從圖1與圖2對(duì)比可見，原本模糊的窗戶與路燈，輪廓變得清晰。在圖1中的人很難被察覺到，經(jīng)過平臺(tái)對(duì)圖像的處理后，很容易觀察到行人的存在。圖像整體的清晰度和對(duì)比度增強(qiáng)。說明基于DPS的霧霾圖像處理系統(tǒng)對(duì)霧霾天氣下圖像的處理具有十分顯著的作用。

5 結(jié)語

由于現(xiàn)今霧霾天氣發(fā)生次數(shù)愈加頻繁，同時(shí)霧霾天氣對(duì)圖像采集帶來了很大的困難，所以開發(fā)一款針對(duì)于霧霾天氣的圖像處理系統(tǒng)也具有一定的實(shí)踐作用。實(shí)踐證明，基于DSP的圖像處理系統(tǒng)，可以提高霧霾天氣下圖像的清晰度和對(duì)比度，其是一款具有實(shí)際意義的圖像處理軟件，值得有關(guān)人員的開發(fā)與推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊明極，曾禛.基于DSP的WAP實(shí)時(shí)圖像瀏覽平臺(tái)的研究[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：45-48.

[2] 郭闖強(qiáng)，尤波，令狐丹，等.基于TMS320

DM642芯片和COFDM技術(shù)的移動(dòng)機(jī)器人無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（1）：127-131.

[3] 林英.基于小波變換的同態(tài)濾波法去霧圖像處理[J].龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（6）：32-36.