[發(fā)明專利]霧霾環(huán)境下的深度計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710206828.6
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107038718B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李坤;馬健;楊敬鈺;韓亞洪
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06T7/50
• 分類號: G06T7/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種霧霾環(huán)境下的深度計算方法，其特征是，包括以下步驟：

1)利用手持相機(jī)或圖像采集設(shè)備對當(dāng)前場景進(jìn)行彩色圖拍攝；

2)利用步驟1)采集到的彩色圖估計當(dāng)前場景的PM2.5值；

3)根據(jù)步驟1)采集到的彩色圖，計算當(dāng)前場景下大氣傳輸率t(x)

其中，λ平衡數(shù)據(jù)項和平滑項之間的重要性的懲罰參數(shù)，σ(x)是的標(biāo)準(zhǔn)方差，||·||₁代表一范數(shù)，N(x)是像素x四周鄰近點，以及α_x,y是像素x與像素y之間的權(quán)重，其定義如下：

θ₁是用來控制指數(shù)函數(shù)的衰減率，P_x和P_y是提取以像素x為中心窗口大小為ω×ω的特征的算子，代表元素級乘法，||·||₂代表的是二范數(shù)，B_x為雙邊濾波核，以及雙邊濾波器B_x(x,y)定義如下：

θ₂和θ₃是雙邊核的參數(shù)，分別調(diào)整空間距離和強(qiáng)度差；

4)由步驟2)得到的PM2.5值以及步驟3)計算出來的前場景下大氣傳輸率t(x)，由下式最終得到當(dāng)前場景下的深度圖據(jù)：

其中，d(x)是鏡頭與物體之間的距離，β代表的是大氣散射系數(shù)。

2.如權(quán)利要求1所述的霧霾環(huán)境下的深度計算方法，其特征是，步驟3)具體步驟細(xì)化為：

初始化大氣傳輸率t(x)：

在計算機(jī)視覺和圖形學(xué)中，下述方程所描述的霧圖形成模型被廣泛使用：

I(x)＝J(x)t(x)+A[1-t(x)] (5)

其中，I(x)是觀測到的霧霾圖像，J(x)是無霧霾圖像，t(x)是大氣傳輸率，A是是大氣光成分，以及x是像素；在絕大多數(shù)非天空的，總有一些像素值在至少一個RGB信道里是很小的，即：

其中，J^c是無霧圖像J的顏色信道c的圖像,且Ω(x)是以像素x為中心的窗口，通過大量的實驗結(jié)果分析得，在一張無霧圖像中的暗通道值幾乎為0，即J^dark(x)-＞0，所以可得大氣傳輸率：

其中，是初步大氣傳輸率估計，ω是環(huán)境影響因子設(shè)置為0.95，A^c是每個信道下的大氣光成分，I^c是有霧圖像I的顏色信道c的圖像，y是圖像的像素點；

3-2)令A(yù)＝QT，整個能量函數(shù)表示為：

增廣拉格朗日方程：

其中：

T＝[t(1,1),t(1,2),…,t(w,h)]

diag(·)表示對角陣，所以W為一個n×n的對角矩陣，n表示像素個數(shù)，T表示待優(yōu)化大氣傳輸率，是t(x)矩陣化表示，代表初始化大氣傳輸率，是矩陣化表示，(w，h)為圖像的尺寸，λ為平衡數(shù)據(jù)項和平滑項之間的重要性的懲罰參數(shù)，||·||₁為一范數(shù)，||·||₂為二范數(shù)，μ為常量，值為正數(shù)，Y是拉格朗日算子，σ(x)是的標(biāo)準(zhǔn)方差，x則為像素點；對T進(jìn)行求導(dǎo)：

對A進(jìn)行求導(dǎo)：

λ||A||₁+Y+μ(A-QT)＝0 (11)

μQT-μA-Y-λ||A||₁＝0

定義邊L：

L＝{e_x,y|(x,y)∈M}

e_x,y表示像素點x與像素點y之間的連接，M是將每個像素點周圍上下左右四個點兩兩成對的集合；定義一個矩陣Q，與L有相同的行數(shù)，列數(shù)為彩色圖中所有像素點的個數(shù)，

矩陣Q中的每一行與L中的每一條邊對應(yīng)，每一列對應(yīng)于圖像中的點，在Q的每一行，只有兩個非零值，假設(shè)Q中第r^th行對應(yīng)的邊為e_x,y,則第r行第x列值為第y列的值為見公式(2)；

3-3)最后迭代求解：

Y^(k+1)＝Y(jié)^(k)+A^(k+1)-QT^(k+1)

μ^(k+1)＝ρμ^(k)

其中，ρ為常數(shù)且大于0。

3.如權(quán)利要求1所述的霧霾環(huán)境下的深度計算方法，其特征是，步驟4)中β數(shù)值的確定方法，具體包括以下步驟：

4-1)根據(jù)公式(4)和公式(5)，將帶有深度圖ground-truth的彩色圖進(jìn)行人工加霧，得到不同β的人工霧圖；

4-2)將步驟2)得到的PM2.5，和步驟4-1)的相對應(yīng)的β進(jìn)行函數(shù)擬合，得到β與PM2.5的映射關(guān)系；

4-3)對于新的霧霾圖片，先對其進(jìn)行PM2.5估計，通過4-2)的函數(shù)映射關(guān)系，得到其β值，結(jié)合步驟3)的大氣傳輸率t(x)計算得相應(yīng)的深度圖。