[发明专利]一种水下机器人的水下图像处理系统

权利要求书

1.一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征在于，包括：设置于水面下的图像采集模块与FPGA模块以及设置于水面上的显示模块；所述图像采集模块包括：LED灯组和摄像头模块；所述图像采集模块以及所述显示模块均与所述FPGA模块相连；通过所述图像采集模块采集水下图像，经所述FPGA模块处理，暂存于TF卡内或通过所述显示模块显示；所述摄像头模块具备密封有机玻璃罩，所述图像采集模块通过摄像头模块中的CMOS感光元件对水下的光学成像，采用的120°广角的玻璃组镜头；通过设置于摄像头模块四周的LED灯组进行灯光的补偿，环绕在球形摄像头罩四周的分别是两颗白光、红光、黄光和蓝光的LED灯；摄像头模块采用USB协议初始化寄存器，并将数据传输至所述FPGA模块；

所述FPGA模块采用基于灰度世界的偏色纠正；统计G、R、B三个通道所有的像素值，除以总的像素点的个数，得到的每个通道的平均值；获取三个通道的平均值greg；获取每个通道的增益因子；将原始输入的像素值乘以增益因子，映射出每一个像素点的新的值；

根据三个通道映射出的新值，筛选出最大像素值，除以8位宽通道的最大值255，获取偏色因子，判断偏色因子是否大于1.6，若大于，则对图片进行纠偏，是对于原来图像的像素值除以偏色因子，映射出处理后的像素值；若小于，则将图像像素值输出；

所述FPGA模块采用软核NIOS II实现图像处理，通过非局部均值滤波，消除水中浮游生物和悬浮颗粒产生的椒盐噪声；当前像素的估计值由图像中与其近似邻域结构的像素加权平均得到；设定两个固定大小的窗口，搜索窗口和邻域窗口，设定窗口的半径分别为Ds和ds，邻域窗口在搜索窗口中滑动，根据邻域的相似性确定像素的权重。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征在于，所述FPGA模块包括：PLL单元、LED控制模块、图像处理模块、IIC数据交换模块、USB传输模块、Flash数据交换模块、USB摄像头连接模块、控制模块、传感器模块、SDRAM、FIFO、TF卡数据存储模块、VGA接口模块、DDR3控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征在于，所述FPGA模块通过如下步骤对采集的图像进行直方图均衡化：

步骤S1：所采集的数据进行统计，采用3通道的数据，每个通道8位，总共是24bit的位宽，通过片外的DDR3构建双口RAM作为缓存储存器，根据摄像头模块的参数1280H×960V，地址的宽度设置为21位深度，每一个通道的数据分别是R、G、B像素值，大小位0-255的整数，数据的位宽为8位深度；在数据统计过程中，遇到相同的像素值，此像素个数+1，，不相同继续做其它像素值的搜索，最后将完整的图像像素值和像素个数进行统计，再重新写入RAM；统计时同时进行3个通道的像素个数的处理，统计一帧图像的值完毕之后，在下一帧图像来之前读出结果，再进行对RAM内数值的清零；

步骤S2：对数据进行归一化，分别计算出每一个像素值所占的百分比，然后对各个像素值百分比由小到大依次排序，各个像素的像素值的分布数量已由上一步统计，之后对每个地址中的数值同时除以1228800，再进行概率累加，分别计算出各个像素值的累加概率；构建一个概率累加图，得到的一组数据范围为0~1的像素累加概率；

步骤S3：对数据进行线性拉伸，产生新的数据，最后将最小像素的像素值记为最小值0，其它的依次和累加概率相乘得到最终映射出来的像素值，完成直方图均衡。