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项目信息
项目名称:基于Zynq的实时视频去雾与综合检测分析系统 (转到SVN--转到TRAC
项目信息:
应用领域:消费类电子
设计摘要:
现实生活中存在着各种各样的因素影响着视觉系统的成像质量,如摄像机在摄像时由于大雾、大雨等恶劣天气条件、背光或夜晚光照条件不足,常常使摄像机捕获的图像受到了严重的退化,使图像的质量下降,不仅模糊不清,对比度偏低,而且彩色图像通常还会出现明显的色彩偏移或失真。这样就会大大降低图像的应用价值,对生产、生活等各方面造成了极大的影响。随着视频监控技术在各个领域日益广泛的应用,对系统的适用性要求也明显提高。为了使视频监控系统在恶劣天气、背光和夜晚等条件下仍能够正常工作,在视频通信系统中加入视频预处理模块针对恶劣天气、背光及夜晚等条件下的退化视频图像进行实时有效的处理有着十分重要的意义。
系统原理和技术特点:

1.1 原理: 1.1.1 视频预处理技术介绍 视频预处理技术指的是处理视频采集到采集输出之间的视频数据,其主要作用是提高拍摄视频的质量。视频预处理技术为视频通信系统提供高质量的视频,在视频通信中起着重要的作用。本课题主要是针对恶劣天气、背光及夜晚三种条件下的图像及视频进行研究。以下做简要介绍: (1)恶劣天气条件视频图像处理 对于大多数视觉系统而言,户外恶劣天气是造成图像降质的重要原因,其中能见度较低,出现最为频繁且分布区域广泛的雾霾天气,是影响户外视觉系统成像质量的重要因素,使得图像质量严重退化,影响了图像信息的获取,因此受到了研究者的普遍重视。目前基于模型的去雾方法最经典的就是基于暗原色先验理论的方法,该方法获得了CVPR最佳论文。暗原色先验是一种无雾户外图像的统计结果,它是基于一项重要的发现——无雾户外图像中的大多数局部区域都在至少一个色度通道中含有一些低亮度的像素。利用雾化模型和先验暗通道,我们可以直接估算雾的厚度,并恢复出高质量的去雾图像。该算法取得了很好的效果,但在修复透射率的过程中采用Soft Matting修复和细化透射率分布,此方法运算量巨大,时间消耗严重。本项目旨在保证一定去雾效果的基础上,尽可能降低去雾算法的复杂度,通过对雾天图像退化模型的分析,逐步分析出透射率的估计方法,重新估计透射率,避免耗时的透射率修复,仅通过一次简单的均值滤波,给出环境光和全局大气光的估计方式。针对处理后的图像偏暗的问题,本项目给出自动调节去雾后图像亮度的方法,防止去雾后图像出现过度偏暗或偏亮的情况。 (2)背光以及夜晚条件视频图像处理 通过大量的统计分析,发现背光以及夜晚图像与雾天图像有很多的共同点。把背光以及夜晚图像进行反转(每个颜色通道用255减去每个像素值)后得到的图像和雾天图像很相似,雾天图像中的背景区域在每个颜色通道都有很高的像素值,但是在主要的目标区域,都至少在一个颜色通道有很低的像素值。这是由于目标的颜色以及阴影等引起的。为了验证反转后的背光以及夜晚图像是否有相同的特性,我们随机选取了30幅夜晚图像和30幅雾天图像,通过计算30幅夜晚图像反转之后每个颜色通道最小值的直方图和30幅雾天图像每个颜色通道最小值的直方图进行比较分析反转之后的背光及夜晚图像和雾天图像有很大的相似性。它们80%以上的像素在每个颜色通道都有比较的像素值,这些像素大多在背景区域,而在目标区域,至少在一个颜色通道有比较低的像素值。 经过以上的统计分析我们可以得出,反转之后的背光以及夜晚图像与雾天图像有极大的相似性,因此我们可以结合去雾的方法进行背光以及夜晚图像的处理。这样可以提高算法的适用性。 1.1.3 硬件平台介绍 ZEDBOARD板卡具具有丰富的FPGA资源可以实现外部事件及中断捕获功能;具有VGA和HDMI接口可实现显示功能;SD卡和USBOTG接口实现大容量存贮;以太网接口实现远程数据通信。在核心芯片ZYNQ中集成了双核Cortex-A9可以运行LINUX/ANDROID等操作系统,方便硬件资源的管理,加快了应用软件的开发,内部的NEON指令具有通用DSP的数据处理功能可以进行数据分析。 本系统使用ZED Board上Processing System(以下简称PS)中的Cortex-A9作为系统的主控制器,利用Xilinx为Cortex-A9提供的嵌入式Linux支持,实现系统资源的管理以及人机界面交互,使用Programmable Logic(以下简称PL)作为主要的DSP实现单元,同时协同PS中的NEONTM Processing / FPU Engines进行硬件加速,利用赛灵思特有的部分可重配置功能进行快速去雾、背光以及夜晚图像增强算法的并行实现。PS部分被用来配置对PL内的各个IP核和对数据流的控制。PL部分构建了一个功能强大的,包含输入,预处理,核心模块处理,后处理,和输出的高清视频处理流水线(参见图1)。PS与PL之间通过AXI总线进行数据通信,协同完成视频图像的去雾、去黑、去背光等算法的实现和基于雾霾图像的相关指数(如PM2.5)的计算。 作为首款将高性能ARM Cortex A系列处理器与高性能FPGA在单芯片内紧密结合的产品,Zynq与其他ARM Cortex A9与Xilinx FPGA在单板上相比,其可以具有如下优点:设计成本降低;设计整体功耗降低;设计体积减小;设计风险降低;设计更灵活。 ZEDBOARD板卡具具有丰富的FPGA资源可以实现外部事件及中断捕获功能;具有VGA和HDMI接口可实现显示功能;SD卡和USBOTG接口实现大容量存贮;以太网接口实现远程数据通信。在核心芯片ZYNQ中集成了双核Cortex-A9可以运行LINUX/ANDROID等操作系统,方便硬件资源的管理,加快了应用软件的开发,内部的NEON指令具有通用DSP的数据处理功能可以进行数据分析。综上所述,ZedBoard非常适合用于图像处理设备。 1.1.3.1 硬件构架以及核心去雾模块、高动态光照渲染HDR模块介绍//雾天检测模块,雾区域检测,视频检测雾浓度PM2.5值的检测 如图中所示,我们计划利用ZedBoard所提供的丰富的硬件资源来搭建我们的系统平台,而其中Axi_dehazation、Axi_HDR和Axi_EUI模块分别是去雾、夜晚(HDR)和水下图像增强算法实现模块。实际上,我们已经在Xilinx提供的Vivado (TM) HLS-High -level Synthesis (2013.3)中将Axi_dehazation这一模块实现,并完成了相应的Test Bench的对比测试并通过。 而HDR和EUI模块也在C语言中得到了很好的效果。

硬件系统结构图.jpg
系统框图:硬件系统结构图.jpg
软件流程介绍: 软件流程以及系统结构图.doc [670.5 KB]
计划书:基于Zynq的实时视频去雾与综合检测分析系统计划任务书_by起风了.doc [9.7 MB]
当前项目状态:
参赛信息:
指导老师姓名: 刘峰
指导老师职称: 教授
学校: 南京邮电大学
研究方向: 指导老师:
刘峰,教授,博士生导师。南京邮电大学通信与信息工程学院副院长,南京邮电大学信号处理与传输研究院院长,信号与信息处理学科学术带头人。中国通信学会,中国电子学会,中国图象图形学学会高级会员,中国通信学会IP应用与增值电信技术专委会委员。
1997年以来一直在南京邮电大学“图像处理与图像通信江苏省重点实验室”从事图像处理与视频通信技术领域的科研与教学工作。其中2002年9月至2004年5月在新加坡进行项目交流,从事视频压缩编码方面的研究工作。多年来,奋斗在图像、视频处理与多媒体通信的科研、教学工作的第一线。作为项目负责人,先后主持国家自然科学基金项目,江苏省自然科学基金项目、省高校自然科学重大基础研究等多个项目,并顺利通过验收或结题,获得良好评价。主持横向研发项目10余项,并获得合作单位充分肯定。近4年来获江苏省教育教学成果二等奖2项,获南京市科技进步奖1项。独立编著和合编著作3本,在国内核心学术期刊以及国内外学术会议上发表论文30余篇。
参赛情况: OpenHW2014开源硬件与嵌入式计算大赛
需求信息:
拟采用的平台:ZED板
是否需要设计扩展板?
需要的基本功能:
最新版本:
暂无发布的版本信息   了解目前项目的开发进度
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