[發明專利]圖像除霧裝置和圖像除霧方法

有效

• 申請號: 201110456592.4
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN103186887A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 沙浩;三好雅則;伊藤誠也;李媛
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/20
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 徐殿軍

技術領域

本發明涉及一種圖像除霧裝置、一種圖像除霧方法以及一種圖像處理系統。

背景技術

中國地理環境復雜，天氣多樣，霧天在大多數地區經常可見，而且個別地區還會受到沙塵天氣的影響。霧與沙塵天氣降低了戶外視頻圖像的能見度。另外，在大型城市中，由于空氣質量的問題，戶外視頻圖像的能見度也會降低。能見度的降低對于視頻圖像的質量產生較大影響。特別是對于安防監控領域，影響更加明顯。霧化圖像清晰化是圖像處理領域中的迫切的實用需求。同時最近幾年基于單幀圖像的除霧技術的突破使得霧化圖像除霧處理成為計算機視覺領域越來越重要的研究方向。

目前，霧化圖像清晰化方法主要有兩個方向：基于一般圖像增強方法的除霧算法和基于大氣模型的除霧算法。屬于基于一般圖像增強方法的除霧算法的有直方圖均值、空間銳化濾波、高頻加強濾波、小波增強、Retinex增強濾波等等。這些算法以增強圖像的對比度和能見度為出發點并且與除霧沒有直接關系，對于由低照明等原因引起的視頻圖像能見度降低等問題也可以進行處理。在2002年，由NARASIMAHAN等人在論文“Vision?and?the?Atmosphere”中首次提出了基于大氣模型的除霧清晰化方法。這類方法在最近幾年取得技術突破，主要是由Fattal，Kaiming?He等人提出了一些新的算法，在僅僅單幀圖像的情況下，除霧效果遠遠優于一般圖像增強的除霧方法。

大氣物理模型描述了當大氣中具有懸浮顆粒時攝像裝置拍攝或人眼觀察物體的光學原理。大氣模型的公式為：

I(X)＝J(X)t(X)+A(1-t(X))????????????????????????(1)

其中，I(X)代表攝像裝置拍攝到的霧化圖像或者人眼觀察到的霧化圖像，X＝(x，y)為圖像像素坐標。J(X)為物體反射光圖像，表示沒有霧的圖像，或者可以說是除霧處理的結果圖像。A為圖像中天空的一點(以下也稱作“天空點”)的RGB值，以下也稱作天空點參數。如果當前輸入圖像中沒有天空存在，則將圖像中霧濃度最強的點視作天空點。t(X)定義了空氣介質的傳輸函數，描述了物體反射光經過空中懸浮顆粒的散射以后殘留下來而達攝像裝置的比例。t(X)是一個大于0且小于1的標量數據，圖像中每個像素具有一個t(X)。I(X)、J(X)與A均為圖像RGB的矢量數據。

以下參照圖1說明式(1)。圖1是大氣模型公式的示意圖。圖1左側的圖像是人眼或攝像裝置觀察到的圖像I(X)。圖像I(X)由兩部分組成，其中，第一部分為物體反射光J(X)經過空中懸浮顆粒散射以后存留下來的部分J(X)t(X)，第二部分為空中懸浮顆粒散射太陽光所造成的大氣環境光A(1-t(X))。式(1)中的t(X)是被攝物體與攝像裝置(人眼)之間距離(即物距)的函數，具體表示為

t(X)＝e^-βd(X)????????????????????????(2)

其中，d(X)是圖像中一物體點與攝像裝置(人眼)之間的距離，因此t(X)也稱作“距離參數”。β是大氣散射系數，是常數。

由式(1)與式(2)可以看出物體反射光到達攝像裝置的強度J(X)t(X)和物體與攝像裝置之間的距離d(X)成反比，距離越遠，則光線衰減越厲害；大氣環境光到達攝像裝置的強度A(1-t(X))與距離d(X)成正比，距離越遠，光線越強，所以在無窮遠處呈現出白色。

最近幾年，基于大氣模型公式(1)的除霧算法取得突破，這些算法僅需單幀圖像作為輸入圖像就能取得不錯的除霧效果。在表1中列舉了一些相關算法。

表1基于大氣模型的除霧算法

與傳統的圖像增強算法相比，這些基于大氣模型的除霧算法能夠獲得更好的除霧效果。但這些方法的缺點是運算較復雜，處理速度較慢，實時性較差。在表格2中列舉了一些基于現有算法的除霧處理時間。

表2基于大氣模型除霧新算法處理時間

基于大氣模型的現有除霧算法均針對單幀輸入圖像。然而，在實際應用中往往涉及多幀的情況，即連續的視頻圖像。基于大氣模型的現有除霧算法沒有對視頻圖像進行進一步研究。