[發明專利]基于天空區域分割處理的單幅圖像去霧方法

有效

• 申請號: 201610150509.3
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105761230B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 李良超;張向東;曹運華;弓樹宏;莫榮華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/20;G06T5/30;G06T5/50;G06T7/13;G06T7/10
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

本發明公開了一種基于天空區域分割處理的圖像去霧放法，步驟為：根據暗原色先驗理論求取輸入圖像的初步估計透過率，分別對初步估計透過率采用中值濾波和引導濾波進行優化處理，并將兩者結合，用中值濾波優化的透過率替換暈輪區域引導濾波優化的透過率；采用Canny邊緣算子求取原始圖像的邊緣圖像，并修正誤判的區域，將圖像劃分為天空和地面兩個區域，將其作為二值模板提取引導濾波優化之后的天空區域透過率，對提取的天空區域透過率進行非線性擴展處理；將以上兩個步驟分別得到的透過率相結合，并進行引導濾波平滑處理；利用得到的優化透過率進行濾波處理。本發明可較好的改善暈輪效應和天空區域顏色的失真現象，對霧天圖像的去霧效果有較大提升。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，特別涉及一種霧霾圖像的去霧方法，尤其適用于包含天空區域的霧霾圖像。

背景技術

現代社會，大量的系統依賴于成像設備來獲取目標的相關信息，如交通、監控、遙感成像。近些年，我國北方大范圍霧霾天氣頻繁發生，在霧霾天氣下室外成像設備獲取的圖像質量下降，導致相關系統不能正常工作。霧霾對成像設備的影響主要是由霧霾顆粒物的散射作用造成的，從物體反射的光在傳播過程中偏離傳輸路徑沒有參與成像。另一方面，環境中的其它光也會受到霧霾顆粒物的散射作用，部分進入到成像設備中參與成像。最終的圖像會出現細節信息丟失、模糊、對比度下降、顏色偏移等現象。為了能在霧霾天氣條件下對目標的圖像信息進行更好的分析、利用，必須對獲得的圖像進行后續處理，通常采用圖像增強和圖像復原來恢復丟失的目標。

基于圖像增強的圖像去霧處理方法不考慮圖像退化的原因，而是以主觀因素為出發點，對于感興趣的目標區域采取一定的處理手段進而突出目標信息，對于不感興趣的非目標區域則予以削弱或去除。該類方法并不十分在意圖像的整體效果，只對目標區域進行一定的處理，最終的處理圖像可能并不具有良好的視覺效果。常用的圖像增強算法有直方圖均衡化算法、小波變換方法、Retinex去霧方法等。

基于圖像復原的圖像去霧處理方法以客觀實際為出發點，根據圖像退化的機理，找出對應的處理方法，使去霧圖像與無霧條件下得到的圖像盡可能逼近。基于圖像復原的去霧方法以基于場景深度關系和基于先驗信息的去霧方法為主。

基于場景深度關系的去霧方法，需要兩張或兩張以上的不同天氣條件下的圖像才能估計出圖像中對應的場景深度。基于先驗信息的圖像去霧方法只需一幅圖像就能進行去霧處理，但該方法需要通過先驗假設對場景深度信息進行估算。何凱明等研究者基于大量戶外無霧圖像的統計特性提出了暗原色先驗理論，該理論認為戶外無霧圖像在局部區域內的暗原色值趨于0，對于有霧圖像其暗原色的分布可近似為霧霾厚度的分布，進而可以估算出透過率。該算法采用軟摳圖算法對初步估計透過率進行修正，去霧效果自然，但算法的復雜度較高,計算速度較慢,且在某些暗通道不接近0的區域會出現偏差,導致復原圖像失真。國內外研究人員在暗原色先驗理論去霧方法的基礎上，提出了中值濾波、引導濾波、雙邊濾波等方法對透過率進行優化。中值濾波可以明顯的改善暈輪效應，但中值濾波得到的去霧圖顏色較暗沉，且在邊緣近景區域容易出現黑斑效應引導濾波對能在一定程度上改善暈輪效應，但該方法可視為將暈輪區域的霧根據不同權值分配到了臨近區域，導致臨近區域會有少量的霧霾殘留。雙邊濾波具有很好的保邊效果，但該方法的計算復雜度較高且速度較慢，得到的去霧圖像顏色暗沉。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于包含天空區域的霧霾圖像的去霧方法，可以克服現有暗原色算法在天空區域引起的顏色失真問題，以及現有優化算法對暈輪效應改善不佳的問題。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

基于天空區域分割處理的單幅圖像去霧方法，包括以下步驟：輸入在霧霾天氣條件下獲得的原始圖像I；

步驟一、獲取初步估計透過率圖像