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视频图像去雾算法的自适应机制设计及FPGA加速实现

汤勇明 戴荣时 俞峰 王天鹏

汤勇明, 戴荣时, 俞峰, 王天鹏. 视频图像去雾算法的自适应机制设计及FPGA加速实现[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(9): 2542-2551. doi: 10.11999/JEIT200554
引用本文: 汤勇明, 戴荣时, 俞峰, 王天鹏. 视频图像去雾算法的自适应机制设计及FPGA加速实现[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(9): 2542-2551. doi: 10.11999/JEIT200554
Yongming TANG, Rongshi DAI, Feng YU, Tianpeng WANG. Design of Adaptive Video Image Dehazing Algorithm and FPGA Accelerated Implementation[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(9): 2542-2551. doi: 10.11999/JEIT200554
Citation: Yongming TANG, Rongshi DAI, Feng YU, Tianpeng WANG. Design of Adaptive Video Image Dehazing Algorithm and FPGA Accelerated Implementation[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(9): 2542-2551. doi: 10.11999/JEIT200554

视频图像去雾算法的自适应机制设计及FPGA加速实现

doi: 10.11999/JEIT200554
基金项目: 航空科学基金(20155169017)
详细信息
    作者简介:

    汤勇明:男,1973年生,博士,研究员,主要研究方向为显示电子学、嵌入式系统应用、FPGA加速设计

    戴荣时:男,1997年生,硕士生,主要研究方向为数字图像处理、FPGA加速设计

    俞峰:男,1997年生,硕士生,主要研究方向为数字图像处理、FPGA编程开发

    王天鹏:男,1995年生,硕士生,主要研究方向为电路与系统、FPGA加速设计

    通讯作者:

    汤勇明 tym@seu.edu.cn

  • 中图分类号: TN911.73

Design of Adaptive Video Image Dehazing Algorithm and FPGA Accelerated Implementation

Funds: Aeronautical Science Foundation of China (20155169017)
  • 摘要: 该文提出了一种自适应图像去雾算法,充分考虑不同复杂场景下的图像特征,建立了算法的自适应机制。该机制包含对图像是否有雾、是否为天空区域、滤波器尺寸等的自适应调整,解决了传统图像去雾算法在深度断层处可能产生的光晕效应等问题。该文同时对上述自适应图像去雾算法进行FPGA加速实现,实验结果表明,该文算法在XC7K325T型号FPGA视频处理平台上可以满足对1080P@60Hz视频去雾的实时性要求。对于大多数轻雾或浓雾场景,该文算法去雾后图像色彩自然无过饱和,全局对比度和饱和度提升比率均值为0.309和0.994,相比于本领域其他去雾算法优势明显。
  • 图  1  饱和度归一化直方图

    图  2  全局饱和度归一化直方图

    图  3  天空区域初步检测

    图  4  形态学运算处理

    图  5  自适应图像去雾算法流程图

    图  6  自适应图像去雾算法的FPGA实现模块框架

    图  7  未识别的带雾图像

    图  8  深度断层区域去雾细节展示

    图  9  自适应图像去雾

    图  10  图像整体去雾效果

    表  1  自适应图像去雾算法的有雾与否判定

    图片种类 测试数量 判定需要去雾 判定无需去雾 准确率(%)
    无雾图 50 1 49 98
    薄雾图 50 46 4 92
    浓雾图 50 49 1 98
    总体 150 96
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    表  2  原始图像去雾后评价指标统计

    Tan[4] Shiau[6] He[3] AOD-Net[11] Dehaze-Net[10] 本文算法
    薄雾图 全局饱和度提升比率均值 0.432 0.950 0.668 0.968 0.617 1.037
    全局对比度提升比率均值 0.891 0.631 0.613 1.255 0.797 0.615
    浓雾图 全局饱和度提升比率均值 0.723 0.613 0.398 0.858 0.859 0.786
    全局对比度提升比率均值 0.254 0.299 0.374 0.571 0.119 0.379
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    表  3  自适应图像去雾算法加速和硬件加速对比

    分辨率 He[3](CPU) 本文算法(CPU) 本文算法(FPGA)
    800×463 1090 220 (4.9X) 2.85 (382X)
    1200×800 2960 500 (5.9X) 7.4 (400X)
    1920×1080 6393 1080 (5.9X) 16 (399X)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-06
  • 修回日期:  2021-06-21
  • 网络出版日期:  2021-08-09
  • 刊出日期:  2021-09-16

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