[發(fā)明專利]點(diǎn)光源多散射模型圖像復(fù)原方法

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• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN111091500A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯春明;廉政;孫瑞宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/50
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1.一種基于多散射理論的點(diǎn)光源多散射模型圖像復(fù)原方法，所述方法包括以下步驟：

A.大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(APSF)的計(jì)算

目前常用于圖像去霧的大氣散射模型如公式(1)所示：

I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x)) (1)

其中I(x)為拍攝到的降質(zhì)圖像，J(x)為復(fù)原圖，A為大氣光，t(x)為透射率；該模型對白天圖像去霧有不錯的效果，但對夜間圖像去霧復(fù)原效果很差，這是由于該模型沒有考慮成像視野中各發(fā)光物體的多散射產(chǎn)生的相互影響，大氣中顆粒越多，該影響會越嚴(yán)重，會導(dǎo)致各光源在成像平面上的光線相互疊加，從而在圖像上形成光暈；因此我們提出了一個新的點(diǎn)光源多散射模型，利用大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(APSF)來模擬多散射，再通過抑制多散射來恢復(fù)圖像的細(xì)節(jié)，從而提高圖像質(zhì)量；

首先利用廣義高斯分布來逼近APSF：

其中k是系數(shù)，這里我們設(shè)置為1，q是散射參數(shù)，代表不同天氣情況下空氣對光的散射效果，通常空氣可見度越差，q值越小；T是光學(xué)厚度，光學(xué)厚度不同，光的擴(kuò)散效果也不同，一般在同一幅圖像中q值是不變的；圖像中每個像素點(diǎn)的光學(xué)厚度T與場景距離有關(guān)，由于每個點(diǎn)的場景距離并不相同，因此APSF卷積模板應(yīng)該也是隨著T的變化而變化，即圖中每個像素點(diǎn)都應(yīng)該有與之相對應(yīng)的APSF模板。T的計(jì)算可以根據(jù)公式(3)來估計(jì)得出，為了提高運(yùn)算效率，我們實(shí)際只計(jì)算了T＝1，2和4時(shí)對應(yīng)的APSF模板；

t(x)即公式(1)中的透射率，由于這里只需要近似出三個T(x)值，所以根據(jù)暗通道先驗(yàn)算法，粗略估計(jì)出t(x)的值即可，并不需要計(jì)算出精準(zhǔn)的透射率；

B.模擬多散射

我們把降質(zhì)圖I表示為物體本身反射的光I₀與其多散射I_m影響相加的結(jié)果，如公式(4)，并用公式(5)描述多散射I_m：

I＝I₀+I_m (4)

其中，T(φ)表示光學(xué)厚度，APSF_T(φ)表示不同光學(xué)厚度下的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模板，每個點(diǎn)的多散射效果I_m(x，y)就是I₀在Ω鄰域內(nèi)所有點(diǎn)對應(yīng)的APSF_T(φ)之和，這里Ω設(shè)為25*25，不包括I₀(x，y)本身，由于此時(shí)APSF模板較大，按照公式(3)計(jì)算后的值會超過圖像顯示的最大值255，所以我們設(shè)置一個系數(shù)λ(一般取值0.02～0.06)來作為限制；

C.獲得細(xì)節(jié)圖像

由于清晰圖I₀未知，所以我們用降質(zhì)圖I來代替I₀以近似估計(jì)I_m，如公式(6)：

是根據(jù)I得到的多散射圖的估計(jì)值；

由于是根據(jù)I估計(jì)得到的，所以并不能得到清晰的圖像I₀，但用式(7)得到的圖像I′含有許多邊緣和細(xì)節(jié)信息：

D.復(fù)原圖像

根據(jù)光的線性疊加性，點(diǎn)光源因多散射產(chǎn)生的光暈可以看成是相互疊加的結(jié)果，即可以通過(8)計(jì)算得到：

I＝I₀*APSF (8)

其中，I₀表示物體本身反射出的光。每個點(diǎn)光源與APSF模板卷積后，得到對應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)散結(jié)果，各個點(diǎn)擴(kuò)散結(jié)果相互疊加得到最終的成像結(jié)果I，這一過程可以表示為卷積的形式；然后我們通過公式(9)對I使用25*25大小的APSF模板進(jìn)行反卷積后，就可以獲得消除多散射的粗估計(jì)值加上細(xì)節(jié)信息I′，就得到細(xì)節(jié)增強(qiáng)后的圖像J，如公式(10)。