[發(fā)明專利]一種霧天降質圖像清晰化處理方法

在審

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• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107909546A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 張珊;孟祥杰;竺鑫;李寒松
• 申請（專利權）人: 北京華航無線電測量研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 彭霜,牟姣

技術領域

本發(fā)明屬于圖像處理領域，具體涉及一種基于氣溶膠紅外輻射模型復 原的霧天降質圖像清晰化處理方法。

背景技術

紅外成像具有出色的大氣穿透能力和夜視功能，對溫度的變化很敏 感，因而在軍事國防、遙感探測、公共衛(wèi)生防疫、公共衛(wèi)生防疫、化學 物質檢測與鑒定等方面獲得了廣泛的應用。然而霧天大氣中懸浮粒子半 徑較大，大氣粒子的散射作用使得紅外圖像上原本較低的灰度值被加強， 而較高的灰度值被削弱，從而使得圖像的灰度級分布過于集中，導致對 比度較差；另一方面，在圖像由三維空間向二維平面的映射過程中，丟 失了深度信息，導致霧天采集圖像的邊緣輪廓具有模糊性。

紅外圖像與可見光圖像相比有其自身的顯著特征：

(1)紅外熱圖像表征景物的溫度分布，是灰度圖像，沒有彩色或陰影 (立體感覺)，故對人眼而言，分辨率低、分辨潛力差；

(2)由于景物熱平衡、波長長、傳輸距離遠、大氣衰減等原因，造成 紅外圖像空間相關性強、對比度低、視覺效果模糊；

(3)熱成像系統(tǒng)的探測能力和空間分辨率低于可見光CCD陣列，使得 紅外圖像的清晰度低于可見光圖像；

(4)外界環(huán)境的隨機干擾和熱成像系統(tǒng)的不完善，給紅外圖像帶來多 種多樣的噪聲，比如，熱噪聲、散粒噪聲、1/f噪聲、光子電子漲落噪 聲等等。這些分布復雜的噪聲使得紅外圖像的信噪比比普通電視圖像低；

(5)由于紅外探測器各探測單元的響應特性不一致、光機掃描系統(tǒng)缺 陷等原因，造成紅外圖像的非均勻性，體現(xiàn)為圖像的固定圖案噪聲、串 擾、畸變等。

霧天拍攝的紅外圖像,大氣中水蒸汽的含量比較大，以及系統(tǒng)軟硬件 靈敏度等問題，所拍到的紅外圖像常存在噪聲、模糊以及紋理細節(jié)丟失 等的退化問題，給準確識別、跟蹤目標物體等許多方面的應用造成困難。 總的來說，解決霧天降質紅外圖像的清晰化問題，可以采取三種方法：

(1)從硬件的角度，利用多傳感器融合以及紅外焦平面陣列校正的方 法來實現(xiàn)信息的互補與校正，如利用雷達、CCD和激光等傳感設備，結合 常用的兩點校正與多點校正，可以實現(xiàn)較高的目標檢測率和較低的錯誤 率。然而，基于視覺的激光或CCD傳感器在這種天氣條件下的有效監(jiān)測 距離會大大縮短，無法為雷達傳感器提供有效的確認信息，而基于紅外 的傳感器只能對熱信號實現(xiàn)檢測，無法對場景中的非散熱信號實現(xiàn)有效 的檢測。因此，這個策略在有霧天氣條件下存在一些應用上的局限性， 以及增加昂貴的硬件成本。

(2)不考慮圖像降質的具體原因，而單純從圖像處理的角度出發(fā)，霧 天降質紅外圖像的清晰化問題實質上就是圖像對比度增強的問題；

(3)從降質圖像生成的逆過程分析，則是將大氣散射作用對圖像對比 度的衰減影響過程進行建模，最終解決降質圖像的清晰化復原問題。

由于圖像增強方法沒有考慮霧天圖像降質的物理過程，不能針對圖像 退化的原因設法進行補償，因此只能在一定程度上改善視覺效果。近年 來，國內外的一些學者基于大氣散射理論對惡劣天氣條件下的圖像退化 機理進行深入的分析，提出了一些基于退化模型的霧天降質圖像清晰化 復原方法。這些方法的研究主要集中在以下幾個方面：

(1)假設場景各點深度信息已知的復原方法。上述這類方法雖然不需 要預知天氣信息，然而，卻需要利用價格昂貴的雷達或距離傳感器等硬 件設備獲取精確的場景深度信息，因此限制了算法在實際中的廣泛應用。

(2)結合圖像輔助信息實現(xiàn)深度提取的復原方法。有的算法通過用戶 指定場景的最大深度以及最小深度，利用線性插值的方法獲得場景各點 的深度信息，在某些情況下可能無法對場景深度突變信息作出反饋，此 外，在確定各點的深度信息后，需要用戶連續(xù)改變大氣散射系數(shù)來確定 一個視覺效果最好的復原結果，過多依賴人的主觀性。

(3)、基于經典退化模型點擴散函數(shù)的復原方法。由于利用這種方法 的前提是需要已知點擴展函數(shù)，由于實際中霧所造成的圖像污染過程和 機理十分復雜，不同濃度的霧天氣過程難以用統(tǒng)一的點擴散模型表達， 一般無法預知圖像退化的點擴散函數(shù)，因此也限制了該方法的實際應用。