FPGA --- 先验暗通道去雾学习

FPGA实现 

经过暗通道处理单像素最小值后 

因为图像灰度化/暗通道处理都是对像素点的RGB三通道取一样的值,图像灰度化是取均值,暗通道处理取的是最小值,在处理这个图像的时候,应为均偏灰色,所以为了了区分; 

经过5*5滤波核最小值滤波后 

 matlab自带ordfilt2

fpga硬件实现 

 仅有0.87%的不同

### 基于通道先验的图像算法在FPGA上的实现 #### 1. 通道先验简介 通道先验是一种基于自然场景图像统计特性的假设,即对于大多数非天空区域的局部补丁,在至少一个RGB颜色通道中存在像素值接近零的情况[^5]。这一特性被广泛应用于单幅图像领域。 #### 2. FPGA实现的关键挑战 在FPGA上实现通道先预处理算法面临的主要技术难点包括计算复杂性和硬件资源分配之间的平衡。具体来说: - **全局最小值搜索**:为了找到通道中的最小值,需要遍历整个图像的所有像素及其邻域窗口,这可能导致较大的延迟和复杂的控制逻辑。 - **内存带宽需求高**:由于需要存储中间结果(如通道图、透射率图),可能占用大量片外DRAM空间,从而增加访问时间。 - **浮点运算支持有限**:传统CPU/GPU平台擅长执行密集型矩阵操作;然而,在某些低端型号FPGAs里缺乏高效的原生FPUs单元,则需采用固定精度表示法替代之以减少功耗开销同时维持足够的数值准确性水平[^3]。 #### 3. 实现方案概述 以下是针对上述问题提出的解决方案框架描述如下: ##### (a). 并行流水线结构设计 利用FPGA天然具备的高度并行能力特点构建多级流水作业模式来加速整体流程运行速度。例如可以在同一时刻分别处理不同位置处的小块子区间的最值寻找任务以及后续步骤里的参数估算工作等等... ##### (b). 局部缓冲机制引入 通过合理规划内部RAM模块大小与分布情况使得每次读取所需数据量尽可能少的同时又能满足当前阶段所需的全部信息输入要求; 这样既可以降低对外界存储设备频繁请求次数又能够提高系统吞吐性能指标. ##### (c). 定点数代替浮点数表达形式转换 考虑到目标平台上可能存在缺少专门用来完成此类工作的专用电路组件情形下 , 可考虑把原来涉及到连续变量范围内的各种算术运算都改写成为仅限整数量级之间相互作用的形式来进行近似模拟效果展示 . ```verilog module dark_channel_prior ( input wire clk, input wire reset_n, // Input image interface input wire [7:0] pixel_in_r, input wire [7:0] pixel_in_g, input wire [7:0] pixel_in_b, output reg ready_for_next_pixel, // Output defogged image interface output reg [7:0] pixel_out_r, output reg [7:0] pixel_out_g, output reg [7:0] pixel_out_b ); always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin // Reset logic here... end else begin // Main processing pipeline stages go here. // Example stage 1: Compute min across RGB channels per-pixel localparam MIN_DELAY = 2; integer i; reg [7:0] rgb_min; always @(*) begin : compute_rgb_min rgb_min = pixel_in_r; if(pixel_in_g < rgb_min) rgb_min = pixel_in_g; if(pixel_in_b < rgb_min) rgb_min = pixel_in_b; end // Subsequent stages would follow similarly structured pipelines... end end // Additional modules and submodules as needed for full implementation details omitted due to brevity constraints. endmodule ``` 此Verliog代码片段展示了如何在一个简单的同步时序回路内开始定义这样一个基本的功能区块之一—逐个比较三个色彩分量值得到每一点对应的最低亮度等级值的过程示意图[^2]. #### 结论 综上所述,虽然将Dark Channel Prior Defogging Algorithm移植至FPGA环境中确实存在一定难度和技术门槛,但是凭借精心的设计策略还是完全可以达成预期目的并且获得显著优于软件版本的表现优势. ---
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