[發明專利]一種視頻圖像海霧去除清晰化方法

在審

• 申請號: 201410123351.1
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103903230A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 馬忠麗;文杰;劉宏達;何晨迪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00;H04N5/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于視頻圖像增強領域，具體涉及一種將幀差法背景估計和基于邊緣檢測的快速單幅海霧去除算法相結合的用于海上航行器快速視頻圖像海霧去除清晰化系統的視頻圖像海霧去除清晰化方法。

背景技術

視頻圖像海霧去除技術屬于圖像增強技術，目的是為了增強其視覺效果，讓處理后的視頻或圖像達到圖像清晰度高、對比度好、目標容易識別。我國海域遼闊，海岸線漫長，海霧一年四季都可能出現，視頻圖像去霧技術是海面船只可見光視覺傳感器對周圍環境信息進行采集和監控的重要部分，其在軍事上和民用上都有著很大的應用前景。

海霧是海面低層大氣中一種水蒸汽凝結的天氣現象，因它能反射各種波長的光，故常呈乳白色。由于水汽的增加以及溫度的降低，近海面的空氣逐漸達到飽和或過飽和狀態，這時，水汽以微細鹽粒等吸濕性微粒為核心不斷凝結成細小的水滴、冰晶或兩者的混合物，懸浮在海面以上幾米、幾十米乃至幾百米低空；當凝結的水滴增大、數量增多，使天空呈現灰白色、能見度進一步降低時，便形成霧。

海霧是影響航海安全的主要天氣現象,每年因海霧帶來不良能見度從而造成的船舶碰撞、觸礁、擱淺等海損、海難事故常常發生。據統計，單在日本近海發生的840次海損事故中，直接與海霧有關的就達270次之多。1955年5月11日，“紫云丸”號與“第三宇高丸”號在日本瀨戶內海松沖海面霧中相撞，“紫云丸”沉沒，乘客800余人中，死亡168人。除此以外，“白龍尾”號輪船遭難事故也令人記憶猶新。在軍事上，則可用于海霧場景下的視頻目標檢測、跟蹤和識別的前期處理，提高艦船對于不同環境的適應能力。因此這項工作對于海域海灣、港口的監測與海洋運輸、捕魚的監管以及軍事戰爭中判別危險所在等都有著很廣泛的應用前景。

目前的圖像去霧或增強技術常用于公路和航運交通場景，現有的研究算法也大多應用于陸地場景，專門針對海霧場景的去霧算法還不多見，直接利用現有的陸地場景去霧算法處理海霧的效果也不盡如人意。

相對于陸地場景而言，海霧場景下的圖片的主要特征如下：

（1）海霧場景下圖像主要由天空區域、海面區域和目標區域組成，目標主要是船只、島嶼或海上的橋等，其中遠景下天空區域和海面區域較大，而目標區域很小，近景下目標區域較大；

（2）海霧的濃度往往比較大，而且一般霧還不均勻；

（3）海霧場景背景簡單，但常常伴有海浪的影響，比陸地視頻監控背景復雜；

（4）海霧場景下細節、色彩等沒有陸地場景豐富。

對于陸上圖像去霧而言，國內外已經出現了許多相關算法。其中國外著名的研究機構中，美國國家航空航天局(NASA)的Langley研究中心(LRC)深入研究基于鄰域(surround-based)的Retinex算法，對霧、煙、水下和夜晚圖像進行增強，并將其算法嵌入DSP便攜式圖像增強視覺系統中，處理分辨率為256*256的灰度圖像可達到30幀/s，基本滿足實時性的要求，但一旦圖像數據變大，則很難滿足實時性的要求了；哥倫比亞大學的計算機視覺實驗室研究如何利用不同天氣條件下同一場景的多幅圖像來恢復清晰圖像。在國內的研究機構中，微軟亞洲研究院與香港中文大學信息工程系的多媒體實驗室合作，研究基于數據假設的單幅圖像去霧方法。但這些方法對于陸地場景且薄霧環境下去霧效果不錯，用于海霧場景則效果不是特別明顯,而且這些算法去霧都會存在一定的邊緣模糊現象和holo效應，若使用雙邊濾波或聯合雙邊濾波進行邊緣保持，雖然會在一定程度上減少邊緣模糊的效果，但其會造成計算量大幅增加的情況。而且目前研究的去霧方法大多都是針對單幅圖像去霧而言，直接用于視頻幀的去霧則很難滿足實時性的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種運算速度快、去霧效果明顯、能有效提高后期目標檢測、跟蹤和識別的性能的視頻圖像海霧去除清晰化方法。

本發明的目的是這樣實現的：

（1）獲取海霧視頻圖像：

利用安裝在各類船上的可見光攝像頭進行數據的采集；

（2）單幀海霧圖像的去霧清晰化：

（2.1）強度分量提取：

強度分量I為：

I(x,y)＝(S_r(x,y)+S_g(x,y)+S_b(x,y))/3

I(x,y)表示在圖片(x,y)位置處的強度值，S_r、S_g、S_b分別表示為原海霧圖的紅色、綠色和藍色分量；

（2.2）邊緣檢測：

采用canny算子進行邊緣檢測；