[發明專利]一種針對惡劣天氣條件下的低質圖像增強方法

有效

• 申請號: 201810366499.6
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108288258B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 周子玉;彭真明;張明英;盧耀坤;饒紫鵬;曹思穎;宋立;馬滬敏;劉安;王卓然;楊春平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/90
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊

本發明公開了一種針對惡劣天氣條件下的低質圖像增強方法，屬于圖像處理領域，解決同態濾波得到的圖像會有嚴重的顏色退化；或Retinex算法在光照不均時會產生“halo”現象，也會出現局部過亮的現象的問題。本發明將讀入待處理圖像，在RGB空間，用Retinex方法修復圖像顏色，得到彩色的改善后圖像F；將讀入待處理圖像，在HSV空間，用同態濾波算法壓縮圖像亮度范圍后，并增強對比度，得到改善后亮度圖像J_v；將步驟1和步驟2處理的結果統一在HSV空間，提取Retinex處理后圖像的色調和飽和度信息，提取同態濾波處理后的圖像的亮度信息，并將提取的三者信息融合得到最終圖像。本發明用于低質圖像增強。

技術領域

一種針對惡劣天氣條件下的低質圖像增強方法，用于低質圖像增強，屬于圖像處理領域。

背景技術

在圖像處理和計算機視覺領域，惡劣天氣條件下圖像采集器采集到的圖像退化嚴重是長久存在的問題。隨著計算機視覺的高速發展，為了服務于后續的分析、判讀、識別以及跟蹤工作，人們對圖像的質量提出了越來越高的要求。而惡劣天氣則是導致現今戶外圖像退化的主要原因。

戶外圖像拍攝，圖像的質量受天氣影響很大。不同天氣條件下散布在大氣中的不同粒子會對圖像成像造成不同的影響。雨天大氣中散布的雨滴聚光，導致采集到的圖像局部區域過亮；霧霾天氣大氣中的小顆粒會散射大氣光，導致圖像對比度降低、透光不均；沙塵天氣散布在大氣中的沙塵粒子會使整個采集圖像的顏色偏向粒子顏色，導致色彩失真。

普遍來說，一般的惡劣天氣條件下的退化圖像都會包含光照不均、色彩失真、細節模糊這幾個特征。

1960年，麻省理工學院的Thomas Stockham，Alan V.Oppenheim和RonaldW.Schafer等幾位學者提出了同態濾波算法。同態濾波是一種可以同時增加圖像對比度并壓縮圖像亮度范圍的特殊方法。該方法把圖像的灰度值認為是入射光分量和反射光分量的乘積，其中入射光是取決于大氣中的照射光，在空間上變化平緩，一般占據低頻部分；而反射光則取決于拍攝物體本身性質，在空間上變化劇烈，一般占據高頻部分。同態濾波就是用一高通濾波器對圖像在對數空間進行濾波，壓制圖像的低頻成分、增強圖像的高頻成分。從而使得大氣光對圖像的影響減少，而物體的本質灰度進一步凸顯，可以有效地處理明暗不均的圖像。另外，不同于其他的線性變換，同態濾波在對數空間進行非線性濾波，可以更好的保留所需信息，去除乘性噪聲。在處理光照不均圖像方面，同態濾波方法有著顯著的優越性。

然而對于彩色圖像的處理，同態濾波存在著很大的局限性。因為在對反射光和入射光進行處理的時候，主要考慮的是光的亮度信息，而非顏色信息。若將圖像拆分到RGB三個通道分別用同態濾波進行處理，因為這種獨立操作忽略了顏色相關性，通道合并后的顏色會大幅度失真。目前如要用同態濾波對彩色圖像進行處理，一般是將圖像轉換到HSV空間，只對亮度V通道進行處理，而保持原圖的色調色度不變。然而一般惡劣天氣而導致的退化現象往往不會只有光照不均，通常伴隨著色彩的失真。因此這樣處理后得到的圖像會有嚴重的顏色退化。目前也有一些算法試圖用不同的濾波器或者調整同態濾波器的參數對圖像的顏色通道進行處理，但因為只是簡單地進行調整，而并不了解人眼辨認色彩的本質，所以效果不好。

二十世紀七十年代，Edwin Land和McCann提出了Retinex理論。Reinex理論是與心理學、生物學和仿生學等學科密切相關的用于解釋人類視覺系統如何能達到色彩恒常的一個視覺理論。Land通過大量的蒙德里安試驗證明了物體表面的顏色與光照變化無關者以彩色恒常性質。與同態濾波類似，Retinex算法把圖像灰度看作入射光分量和反射光分量的乘積。不同在于，Retinex算法用低通濾波器估計入射光的成分，從而求解出代表物體本身顏色的反射分量。這種方法有效地提取了物體的本身顏色，對于彩色退化圖像的處理效果很好。但在光照不均時會產生“halo”現象，也會出現局部過亮的現象。另外，Retinex算法的處理效果與低通濾波器的參數有關，無法同時起到壓縮圖像動態范圍和色彩保真的作用。