[發明專利]一種基于場景光輻射準確估計的濃霧去除方法

有效

• 申請號: 201710509774.0
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107330870B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 胡海苗;高原原;李波;郭強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

本發明公開了一種基于場景光輻射準確估計的濃霧去除方法，該方法主要包括：對霧天圖像的3個通道分別進行最大值濾波，獲取場景光輻射的初始值(S1)；將霧天圖像每個通道分別與對應通道的初始場景光輻射進行聯合濾波，獲得場景光輻射的精確估計(S2)；霧天圖像的每個通道分別除以對應的場景光輻射分量，獲得消除場景光輻射衰減影響的霧天圖像(S3)；將消除場景光輻射衰減影響的圖像投射到球形坐標系，并按照角度大小將像素聚類，然后利用haze?line方法計算每個像素點的透射率(S4)；用獲得的透射率和霧天成像模型求取去霧后的圖像(S5)。本發明方法處理后的濃霧圖像亮度適合人眼觀察，且細節清晰。

技術領域

本發明涉及一種圖像增強方法，尤其涉及一種基于場景光輻射準確估計的濃霧去除方法，屬于數字圖像處理技術領域。

背景技術

圖像中霧氣的存在使得畫面能見度大大下降，人們無法從中獲取準確的信息，進而對周圍環境做出錯誤的判斷，嚴重的甚至會導致災難的發生。尤其，濃霧的天氣條件下，能見度極度下降、圖像信息大量缺失，直接影響了安全監控系統發揮其功效。由于室外監控對圖像質量的要求，對濃霧圖像去霧技術進行深入的研究，已經成為圖像清晰化迫切需要解決的問題。

圖像去霧算法主要分為兩大類：一類是基于非物理模型的方法，另一類是基于物理模型的方法。這兩類方法的區別在于是否利用霧天成像模型。

基于非物理模型的去霧方法沒有從圖像降質的物理成因入手，而是增強圖像的對比度和校正圖像的顏色，根據視覺感受改善圖像的質量。比較典型的霧天圖像增強方法包括直方圖均衡化算法、小波方法和曲波變換、自動顏色均衡化算法。該類算法不能實現真正意義上的去霧，只能在一定程度上改善圖像視覺效果，容易去霧不徹底、出現色彩失真的現象。

基于物理模型的去霧方法實質上是從經典的大氣散射模型出發，通過求解模型中的相關參數，獲取場景反射率或無霧圖像。目前，基于物理模型的霧天圖像恢復方法主要包括基于偏振特性的方法、基于偏微分方程的方法、基于深度信息的方法、和基于先驗知識或假設的方法。這些方法認為場景光輻射是充足的，只考慮地表懸浮粒子的散射作用產生的降質，可以較好的處理薄霧圖像。

發明內容

然而，當用薄霧處理方法進行濃霧圖像的處理時，圖像會出現整體發暗或者偏色，以及細節丟失等現象。這是因為濃霧條件下，氣溶膠粒子在地表聚集，當霧氣的光學厚度逐漸增大時，可見光的透射率逐漸變低，從而使得到達地面的光輻射能量隨之逐漸減小。另外，濃霧條件下，氣象也更為復雜，可能會伴隨著大氣層增厚的情況。在接近地表的低空區域，氣膠溶懸浮顆粒大小大于波長，其對不同波長光的衰減系數相同。但是，隨著高度的增加，地球引力減小，懸浮顆粒的直徑也逐漸縮小。在大氣層中，分布著許多直徑小于可見光波長的懸浮顆粒，這些顆粒會發生瑞利散射。瑞利散射使得波長較短的光在傳播過程中被散射消散，只有波長較長的光穿過大氣層到達地面。所以，濃霧條件下地表光輻射可能出現彩色顏色渲染，霧氣看上去不再是純白色。

為了更加有效的去除濃霧，研究者提出先進行圖像亮度的調整，然后利用暗原色先驗知識進行霧氣的消除。這種方法能夠改善處理后圖像的亮度，但是由于所用方法場景光輻射估計不準確，圖像的細節會不清晰。此外，由于調整亮度后的圖像可能會被消除一些陰影的區域，使得圖像不再完全符合暗原色先驗的原理。若依然采用暗原色先驗知識估計散射光相關參數，圖像層次感差，而且容易凸顯噪聲。

在此背景下，研究一種既能保持增強后圖像的亮度和細節，又能有效去除圖像霧氣的濃霧圖像增強方法顯得尤為重要。

本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于場景光輻射準確估計的濃霧去除方法，實現單幅圖像濃霧去除。

為實現上述的目的，本發明提供了一種基于場景光輻射準確估計的濃霧去除方法，包括如下步驟：