一种基于FPGA的水下图像实时增强方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的水下图像实时增强方法及系统，方法包括：S1：清除已存的图像每个灰度级的个数，输入第i帧图像，分别计算并存储该帧图像每个灰度级的个数及每个灰度级的累加个数；S2：清除已存储的第i帧图像每个灰度级的个数，输入第i+1帧图像并统计每个灰度级的个数并存储，每个灰度级的个数统计完成后，发出统计完成信号；S3：将第i+1帧的图像数据与第i帧图像的每个灰度级的累加个数数据重映射计算得到增强后的图像数据，输出增强后的图像数据；S4：启动对第i+1帧的图像每个灰度级个数的累加计算，保存第i+1帧图像每个灰度级的累加个数。本发明专利技术实现了对水下图像增强处理，提高了图像数据处理的实时性。提高了图像数据处理的实时性。提高了图像数据处理的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的水下图像实时增强方法及系统


[0001]本专利技术涉及图像处理
，更具体地，涉及一种基于FPGA的水下图像实时增强方法及系统。

技术介绍

[0002]随着我国工业化的发展，水资源的需求也在持续增长。然而供水管道作为水资源运输的重要途径，其漏水现象严峻。当管道发生泄露时，其内部可能会出现裂缝，孔洞等现象。本技术用于增强水下管道内部的图像，使图像更易于检测出管道的裂缝和孔洞等，从而实现实时检测漏水的目的。
[0003]现有技术公开了一种基于FPGA的监控视频图像增强技术(刘彬.基于FPGA的监控视频图像增强技术的研究[D].长春工业大学,2016.)，主要包括：1)计算直方图：统计每一个灰度级所对应的像素点数；2)计算新的灰度值：进行直方图累积，利用概率分布函数变换，获得映射表；3)灰度映射：根据映射表改变原始图像的灰度值，获取增强后的图像。该方案该实现了fpga的直方图均衡化算法，但其仅针对单帧图像的处理，无法对多帧图像进行实时增强处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术的图像增强方法没有实现对连续多帧图像的实时处理的缺陷，提供一种基于FPGA的水下图像实时增强方法及系统。
[0005]本专利技术的首要目的是为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术第一方面提供一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，包括以下步骤：
[0007]S1：清除已存储的图像每个灰度级的个数，输入第i帧图像，分别计算并存储该帧图像每个灰度级的个数及每个灰度级的累加个数，其中i为正整数；
[0008]S2：清除已存储的第i帧图像每个灰度级的个数，输入第i+1帧图像并统计每个灰度级的个数并存储，每个灰度级的个数统计完成后，发出统计完成信号；
[0009]S3：将第i+1帧的图像数据与第i帧图像的每个灰度级的累加个数数据重映射计算得到增强后的图像数据，输出增强后的图像数据；
[0010]S4：启动对第i+1帧的图像每个灰度级个数的累加计算，保存第i+1帧图像每个灰度级的累加个数。
[0011]进一步的，在步骤S2中清除已存储的第i帧图像每个灰度级的个数时，根据输入图像数据的位宽来选择时钟周期的个数，若图像的数据位宽为n，则采用2
n
个时钟周期进行清零。
[0012]进一步的，计算得到每帧图像每个灰度级的个数后存储在预设的灰度统计表中。
[0013]进一步的，在步骤S3中重映射计算使用的每个灰度级的累加个数数据为上一帧图像的数据。
[0014]进一步的，在启动对每个灰度级个数的累加计算时经过256个周期的累加计算，将
第i+1帧图像的每个灰度级的累加的结果更新存入预设的累加统计表。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种基于FPGA的水下图像实时增强系统，包括：灰度统计模块、累加模块、清零模块、重映射模块，其中，所述灰度统计模块用于统计输入的图像的每个灰度级的个数；
[0016]所述累加模块用于对输入图像的每个灰度级累加计算；
[0017]所述清零模块用于在下一帧图像输入前对灰度统计模块清零；
[0018]所述重映射模块用于将第i+1帧的图像数据与第i帧图像的每个灰度级的累加个数数据重映射计算得到增强后的图像数据。
[0019]进一步的，所述清零模块的处理步骤为：
[0020]检测外部图像获取装置的场同步信号，将wea_clear电平拉高；将数据0写入灰度统计表ram_count的地址0，然后在每个周期地址进行加一的操作，直到地址计数到256的时候，地址再归零；将wea_clear电平拉低，停止往灰度统计表ram_count写入数据。
[0021]进一步的，所述灰度统计模块具体处理步骤为：
[0022]首先图像数据缓存到栈fifo中，读出栈fifo内部一个数据A，并且用一个寄存器reg将数据A缓存一个周期，等到下一个周期时，栈fifo的第二个数据B便可以与reg内部的数据A同时出现；
[0023]比较相邻周期的两个数据即A与B是否相等，若相等则计数器加1操作，继续往栈fifo内部读下一个数据，直到连续相邻周期的两个数据不同时，再去访问灰度统计表ram_count，同时将读出来的数值加上计数器的值再写入灰度统计表ram_count中；
[0024]进一步的，所述累加模块的具体处理步骤为：
[0025]L1:检测到灰度统计模块结束信号后，初始化sum和定值addra为0，其中sum表示累加和，addra表示地址；
[0026]L2：累加模块开始读取灰度统计表ram_count地址内部的数据data_，同时更新sum的值为data，并将sum的值写入累加统计表ram_add的地址内。
[0027]L3：地址自加1操作，然后读取地址加1后的灰度统计表ram_count内部的数据data_1，并更新sum＝sum+data_1，并将sum写入自加1后的累加统计表ram_add地址内；判断地址是否大于255，若小于或等于255则重复步骤L3，若地址大于255则结束累加计算。
[0028]进一步的，所述重映射模块的处理步骤为：
[0029]获取累加模块中累加统计表ram_add里面上一帧图像每个灰度级的累加个数数据，
[0030]将获取的累加个数数据乘以当前帧图像最大灰度与最小灰度之差得到第一处理结果；
[0031]将第一处理结果除以当前帧图像分辨率得到增强后的像素。
[0032]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0033]本专利技术通过在灰度统计时清除前一帧图像的缓存数据，可以避免对多帧图像灰度统计导致的直方图统计错误，同时进行直方图累积，基于相邻两帧图像的相关性，利用上一帧的每个灰度级的累加个数进行重映射计算，保证了图像数据处理的实时性。
附图说明
[0034]图1为本专利技术一种基于FPGA的水下图像实时增强方法流程图。
[0035]图2为本专利技术一种基于FPGA的水下图像实时增强系统框图。
[0036]图3为本专利技术实施例清零模块处理流程图。
[0037]图4为本专利技术实施例灰度统计模块处理流程图。
[0038]图5为本专利技术实施例累加模块处理流程图。
[0039]图6为本专利技术实施例中管道内部水下图像原图。
[0040]图7为本专利技术实施例中增强处理后的管道内部水下图像。
具体实施方式
[0041]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0043]实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：清除已存储的图像每个灰度级的个数，输入第i帧图像，分别计算并存储该帧图像每个灰度级的个数及每个灰度级的累加个数，其中i为正整数；S2：清除已存储的第i帧图像每个灰度级的个数，输入第i+1帧图像并统计每个灰度级的个数并存储，每个灰度级的个数统计完成后，发出统计完成信号；S3：将第i+1帧的图像数据与第i帧图像的每个灰度级的累加个数数据重映射计算得到增强后的图像数据，输出增强后的图像数据；S4：启动对第i+1帧的图像每个灰度级个数的累加计算，保存第i+1帧图像每个灰度级的累加个数。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，其特征在于，在步骤S2中清除已存储的第i帧图像每个灰度级的个数时，根据输入图像数据的位宽来选择时钟周期的个数，若图像的数据位宽为n，则采用2
n
个时钟周期进行清零。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，其特征在于，计算得到每帧图像每个灰度级的个数后存储在预设的灰度统计表中。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，其特征在于，在步骤S3中重映射计算使用的每个灰度级的累加个数数据为上一帧图像的数据。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的水下图像实时增强方法，其特征在于，在启动对每个灰度级个数的累加计算时经过256个周期的累加计算，将第i+1帧图像的每个灰度级的累加结果更新存入预设的累加统计表。6.一种基于FPGA的水下图像实时增强系统，其特征在于，包括：灰度统计模块、累加模块、清零模块、重映射模块，其中，所述灰度统计模块用于统计输入的图像的每个灰度级的个数；所述累加模块用于对输入图像的每个灰度级累加计算；所述清零模块用于在下一帧图像输入前对灰度统计模块清零；所述重映射模块用于将第i+1帧的图像数据与第i帧图像的每个灰度级的累加个数数据重映射计算得到增强后的图像数据。7.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的水下图像实时增强系统，其特征在于，所述清零模块的处理步骤为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐斌，朱铮涛，邓邦宏，杨智伦，李敬韬，陈树雄，李伟业，刘偲嘉，甘育娇，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：