华师学子研发去雾神器，让“雾里看花”变“一目了然”

你是否常常因为雾中风景模糊不清而困扰不堪？

是否在每次拍照后不得不打开软件繁琐地修图？

或许曾今的你对这一切毫无办法，

而如今，这款“去雾神器”横空出世，

即使在雾天也能让你轻松拍出清晰照片。

项目介绍

近日，我校物理科学与技术学院学生团队研制出一款视频图像去雾系统。该系统实现了在复杂场景下对高分辨率视频图像进行实时去雾的功能，相较于现有产品不仅具有去雾效果明显的特点，还具有帧频可切换、超低功耗、体积轻小、耐高低温、抗振等优势。

普通相机拍摄的原图

使用去雾系统后的图片

项目思路

在现有图像去雾处理中，常用图像增强算法还原图像的真实色彩，提高对比度来达到去雾的效果，但是要实现对高清视频流进行视频图像实时增强去雾处理，除了具有高鲁棒性的图像增强算法外，还需要搭建具有高速处理数据能力的硬件平台。

在算法方面，团队对多种去雾算法的研究以及其处理效果的进行对比，基于限制对比度自适应直方图均衡化(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization，CLAHE)算法具有自适应好、鲁棒性强等优点，该算法被广泛应用于图像增强领域。

系统图

在硬件平台上，现场可编程逻辑阵列（FPGA）具有丰富的寄存器资源和可实现流水线设计，极大地提高了系统的数据吞吐量和最大工作频率；另外其内部丰富的逻辑资源、块存储资源、IP核资源易于系统的模块化实现且并行化性强，非常适用于图像处理领域。经方案调研考察过后，作品选择了FPGA硬件平台，采用XILINX的KINTEX-7系列XC7K325T型号芯片，结合改进后的CLAHE算法实现本系统。最终，系统可在复杂场景下对1080P高清视频流进行实时去雾处理。

应用前景

该作品在复杂场景下可对高分辨率视频图像实时去雾，且具有实时性、高分辨率、低功耗特性、体积轻巧等优点，在安防监控、无人机检测、军事观瞄、航拍系统等领域具有重要应用前景。

在无人机监测领域，需要无人机开展对地监测、灾难救援、矿井探测等工作时，使用本系统进行视频实时去雾处理，有效提升视频图像质量，且本系统具有的高分辨率，高实时性，低功耗，体积轻薄等优势切好符合需求。

在交通监控领域，视频图片质量与天气质量息息相关，在雾、霾、雨天气下，视频图像质量明显下降，需要具有高分辨率，高实时性的去雾系统实时对视频进行去雾处理，以保证交通监控工作的正常开展。在安防监控领域，需要实时对视频进行监控，则对高分辨率高实时性的图像去雾系统具有迫切需求。

在工业生产环节中，对非常温环境的生产工作车间进行视频监控，本系统耐高低温的特性可以有效贴合需求。在灾难救援、军事侦察、地理测绘等领域中，受恶劣天气影响，退化图像必定会影响一手资料的获取，耽误最佳救援时机，影响相关策略的部署，一个高分辨率高实时性的实时视频图像去雾系统的重要性不言而喻。

在军事领域中，视频图像实时去雾系统还可用在坦克观瞄系统中，本系统具有的自适应实时视频图像去雾特点能有效满足需求。

综上，可知一个高分辨率高实时性的视频图像去雾系统在众多领域有着重要应用前景。不仅仅是在雾、霾天气中，在复杂的环境条件下，例如粉尘，云层，弱光线条件下等，都会造成视频的图像质量下降，因此开展对视频图像实时去雾系统的研究具有重要意义。

项目成果

理论文章：该项目团队成员以第一作者身份在中文核心期刊《郑州大学学报》发表论文一篇。

成果转化：目前与武汉卓目科技有限公司签订合作协议，将应用于某型号装甲车观瞄系统。

团队采访

该团队由我校物理科学与技术学院研究生刘华军、林艳、陈丙玲、郑昱津、孙浩杰及本科生陈菊霞、祝启斌组成，夏巧桥、张青林、梁皓东担任项目指导老师。

团队合影

问：你们最初想做这个项目的灵感或者原因是什么？

答：在郑昱津大四的时候，我们团队组织了一次爬黄山旅行。那时站在黄山顶上，由于刚下过雨，空中弥漫着一层层薄雾，黄山上的景色在朦胧中恍若仙境。这时郑昱津被山对面的树林所吸引，想知道是什么品种。不过由于雾的原因我们都无法看清。郑昱津当时就在心里暗暗地想如何能去掉雾气。回到学校的后，在一次组织汇报中，夏巧桥老师问曾到过哪里去旅游。郑昱津说我们去了黄山，下雨后的黄山景色很美。但因为下雾，很多东西没办法看清。夏老师说：”雾太大还不简单吗？把雾去掉不就好了吗？现在有很多人在对去雾算法做研究，以及设计出很多去雾系统，但是存在主要针对单幅图像和低分辨率视频图像，实时性和稳定性不足等等缺点。你们有兴趣可以深入研究下。”听完老师的话，郑昱津提出我们是否可以尝试针对这些缺点做一个更完美的去雾系统。夏老师当场对我们表示了肯定，他说有兴趣可以好好研究下去，但是最好是能做出实物来，去达到更好的去雾性能指标，并对我们表示了支持。自那以后，我们展开了对一个高分辨率去雾系统的深入研究。

郑昱津

祝启斌（左）和孙浩杰（右）

问：研究过程中有没有遇到什么困难或者令你们难忘的事？

答：研究过程中有太多令人难忘的事情了，现在回味起来，那真是一笔宝贵的财富。

在研究算法时，郑昱津、陈丙玲、林艳同学将已有去雾算法进行深入研究与对比，期间一起讨论、一起进出实验室、一起吃饭，三个人形影不离，吃饭的时候都在讨论，那段时间对他们来说真的是一种历练。

在编写FPGA代码时，优化算法框架，李阔和刘华军同学已经到了废寝忘食的地步，基本上每天就是三点一线，连续持续近两个月这样的工作，在图像处理板测试的时候，孙浩杰、陈菊霞、祝启斌在实验室经常熬夜测试系统的物理特性、电气特性、性能特性，把那块板子已经熟透透的。尤其是在测试去雾功能的时候，在学校很少能看到有雾场景，他们用烟饼、干冰模拟雾，测试出较好的去雾功能。但是这样的测试并不足以说明去雾效果，所以他们在实验室熬夜睡觉，等明天清晨，看看有没有有雾场景，立马测试去雾性能，有时熬一夜起来，发现并没有雾，真是又好笑又好气。他们还追踪天气预报，预测明天有雨时，前一晚特意在实验室休息，等到第二天早上选取雾景进行测试，看似一个测试，其中的心酸只有他们知道。

陈丙玲、林艳、陈菊霞（从左至右）

该项目也将代表学校参加2019年湖北省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛。

这样的产品你还不心动吗？

不妨安装上这款“神器”，重新打开你的相机，

让我们在更加清晰的图片中发现美好。

让我们为不断努力创新的华师学子点赞加油！

【推荐阅读】

华中师大宣传部舆情与新媒体中心

责任编辑：王雨欣 侯兆鑫

文字采编：黄淳

图片摄影：宋汉涛

部分资料来源：长江日报

投稿邮箱：[e-mail]

欢迎大家积极来稿