[發明專利]一種基于近紅外的快速圖像去霧方法

在審

• 申請號: 201711345888.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108109129A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 韓松臣;黃暢昕;李朋
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于數字圖像處理領域，具體涉及一種基于近紅外與可見光圖像融合的快速有效的去霧方法。由于圖像傳感器接收到的光是散射后的景物光與大氣光的混合光，空氣中的霧、霾、煙霧、水蒸氣以及小水滴對景物光的吸收散射作用，導致圖像質量退化，失去對比度和色彩保真度，這類圖像統稱為有霧圖像。在基于視覺圖像信息的機場場面監視系統中，有霧圖像嚴重影響到對目標的特征提取，從而無法進行目標檢測、目標跟蹤等工作。因此，對有霧圖像進行去霧處理是非常有意義的。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理領域，具體涉及一種基于近紅外與可見光圖像融合的快速有效的去霧方法。

背景技術

由于圖像傳感器接收到的光是散射后的景物光與大氣光的混合光，空氣中的霧、霾、煙霧、水蒸氣以及小水滴對景物光的吸收散射作用，導致圖像質量退化，失去對比度和色彩保真度，這類圖像統稱為有霧圖像。在基于視覺圖像信息的機場場面監視系統中，有霧圖像嚴重影響到對目標的特征提取，從而無法進行目標檢測、目標跟蹤等工作。因此，對有霧圖像進行去霧處理是非常有意義的。

當前，圖像去霧的方法主要分為兩類：基于圖像增強的方法和基于大氣散射模型的方法。圖像增強的方法能有效地提高霧天圖像的對比度和顏色飽和度，但圖像往往出現質量下降。基于大氣散射模型的去霧方法成為了近幾年圖像去霧研究的熱點。Fattal使用獨立分量分析原有霧圖像，通過假定透射率和表面投影在局部區域是不相關的，估算景物的反射率，進而實現場景的復原。但該方法基于顏色統計，無法處理灰度圖像，且對濃霧圖像的處理效果不佳。He[5]提出了暗通道先驗估計光線傳輸透射率，實現霧天圖像復原，但是透射率采用軟摳圖使算法時間非常長。引導濾波器的提出解決了透射率修復慢的問題，但是無法解決顏色失真問題。文獻對大氣光照進行白平衡，利用快速雙邊濾波估計大氣耗散函數，求解簡化的大氣散射模型實現圖像去霧，然而該方法對白色物體的恢復效果不夠理想。基于以上大氣散射模型的去霧方法的缺點。Schaul等人提出基于近紅外(NIR)圖像融合的去霧方法，該方法通過同一場景的可見光與近紅外圖像融合進行去霧，由于近紅外圖像容易獲取，透霧能力強，且去霧過程不需要借助模型求解，因此去霧算法簡單有效。傳統的圖像融合算法，如拉普拉斯金字塔、梯度金字塔和比率低通金字塔等均有層間具有相關性的缺點，融合后的圖像往往出現虛假輪廓。Schaul采用了加權最小二乘濾波(WLS)對圖像進行分解，得到的融合圖像雖然沒有虛假輪廓，但隨著迭代次數的增加，以及圖像尺寸的變大，算法處理時間急劇上升，并且圖像無霧區域容易出現過飽和現象。

發明內容

鑒于此，本文提出一種基于可見光和近紅外圖像融合的快速算法，同時為了保證去霧后圖像質量，根據霧濃度對去霧圖像進行顏色校正，最后使用引導圖像濾波器對去霧圖像做邊緣保持平滑，最終得到一張不失真的無霧圖像。

本發明的技術方案具體實現如下：

(一)獲取近紅外圖像。散射光的強度由入射光的兩個變量決定：光的波長λ以及散射粒子的尺寸大小。當氣溶膠顆粒小于λ/10時，霧氣的散射規律遵循以下式子：

可以看出，光的散射強度Eδ與入射光強E0與光波長的四次方的比值成正比例。也就是說波長λ越長，散射光強度越弱。可見光波長在400-700nm之間的波段，NIR的波段范圍是700-1100nm，因此具有更強的“穿透力”。因此，在有霧天氣，NIR圖像能夠包含更多的景物細節信息。使用1臺光譜從400-1100nm波段頻響曲線都好的CCD攝像機，通過變換濾光片的方法，可以同時獲取近紅外圖像與可見光圖像，并且無需再做配準處理。