[發明專利]一種單幅圖像去雨除霧的信號處理方法

有效

• 申請號: 201811242065.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109360169B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 李東泰;張潔;何理;張博;曹品
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/30;G06T5/10
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種單幅圖像去雨除霧的信號處理方法，提供了一種無需對雨、霧天氣做分類的通用型單幅圖像快速去雨除霧方法，它以雨、霧天氣光學成像過程為計算依據，基于雨、霧天氣的大氣粒子傳播分布特性生成調制傳播函數，對原始雨霧降質圖像進行空間域解混，同時去除雨、霧信號分量，能有效消除雨、霧造成的圖像退化，可以大大提高圖像復原的處理速度、色彩保真度和細節清晰度。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種單幅圖像去雨除霧的信號處理方法。

背景技術

雨天常常伴有霧氣，在雨、霧惡劣天氣拍攝的戶外圖像中，由于大氣粒子對光的吸收和散射影響，導致圖像細節特征模糊、信息可辨識度降低、色彩保真度下降。

現有的單幅圖像復原研究成果或只適于去雨，或只能用于除霧，需要根據天氣類型的不同對圖像進行分類，再采取不同方法分別進行雨、霧的去除處理，存在誤檢測和誤分類的問題，影響戶外圖像處理的質量與效率。

當前對于雨天圖像的處理方法大致分為頻域濾波法、雨滴成像模型法、顏色先驗法；對于霧天圖像的處理方法主要包括Retinex增強法、暗通道先驗法、顏色統計法。雨天的頻域濾波法與霧天的Retinex增強法是對原始圖像濾去低頻成份而保留高頻信息，這類方法在計算時，不考慮雨、霧天氣光學成像過程，只采用圖像增強手段來改善視覺效果，缺乏理論模型的支撐，處理結果難以達到動態范圍壓縮、細節增強和顏色保真度很多方面的折中平衡；其他幾類方法則需要開展大規模稀疏矩陣運算，具有較高的時間復雜度和空間復雜度，存在計算速度過慢的問題，不適用于自動駕駛、移動機器人導航與視覺伺服系統等實時性要求較高的領域。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的單幅圖像去雨除霧的信號處理方法解決了現有的相關圖像處理方法中缺乏理論模型的支撐，時間復雜度和空間復雜度高，處理結果難以達到動態范圍壓縮、細節增強和顏色保真度等方面的折中平衡的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種單幅圖像去雨除霧的信號處理方法，包括以下步驟：

S1、在雨天采集含有雨霧的雨霧降質圖像，并對其進行形態學腐蝕處理；

S2、對形態學腐蝕處理后的圖像計算生成暗通道圖像；

S3、根據生成的暗通道圖進行徑向基函數插值擬合，得到大氣調制傳播特性的平滑曲面函數；

S4、對平滑曲面函數和雨霧降質圖像的各顏色空間分量分別進行二維傅里葉變換，得到平滑曲面函數頻域信號和雨霧降質圖像各顏色空間分量的頻域信號；

S5、對平滑曲面函數頻域信號和雨霧降質圖像各顏色空間分量的頻域信號進行頻域相乘濾波和逆傅里葉變換，得到雨霧降質圖像各顏色空間雨霧入射光亮度的空間域信號；

S6、在對數域中，結合雨霧降質圖像各顏色空間雨霧入射光亮度的空間域信號和雨霧降質圖像中的各顏色空間分量，對其進行解混分離，得到各顏色空間對數域去雨除霧信號分量；

S7、對各顏色空間對數域去雨除霧信號分量進行指數變化與對比度拉伸，得到去雨除霧后的清晰圖像。

進一步地，所述步驟S1中：

將雨霧降質圖像I中結構元素確定為對雨霧降質圖像進行形態學腐蝕處理的公式具體為：

其中，I’為形態學腐蝕處理后的圖像；

為圖像形態學腐蝕操作運算符。

進一步地，所述步驟S2中：

計算生成的暗通道圖像中各個像素點z的取值I^dark(z)為：