[發明專利]一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法

在審

• 申請號: 202011298486.3
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112435184A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 張彤;陳茹
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 戴媛

本發明公開了一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法，具體為：首先在碼本算法中調入含噪聲的視頻圖像；然后提取視頻圖像中霧霾的特征表現，形成四元數矩陣，分類圖像霧霾噪聲與前景，得到單幀圖像；對單幀圖像進行增強處理后，獲得增強后的視頻圖像。本發明一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法，解決了現有技術中存在的Retinex算法處理圖像像素存在過飽和的問題。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法。

背景技術

近年來，我國環境污染較為嚴重，全國各地多處出現霧霾、沙塵暴等惡劣天氣狀況。在視頻監控系統中普遍存在有圖像模糊和圖像污染的問題。若發生不良事件，而采集到的視頻圖像模糊不清或被污染，是無法從已有的視頻中獲取有用信息，導致大量視頻圖像線索無法使用，影響著安全防范系統的高效管理。雖然設備在不斷精確化，但是高像素的設備需要較高的成本，經濟性較差。而且在很多領域中需要對采集到的視頻圖像進行信息提取，為了提取更多有價值的信息，就需要對圖像進行清晰化處理。因此，對圖像去霧算法的研究是必不可少的。

目前，圖像去霧算法主要有Retinex算法，Retinex算法可以對霧、煙、水下和夜晚圖像進行增強，將其移植到DSP圖像增強系統中處理分辨率為256×256的灰度圖像效率達到30幀/s，基本能夠滿足小分辨率下的實時性要求。但是該算法處理得到的部分圖像像素存在過飽和現象，另外需要人為調整參數，限制了上述算法的應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法，解決了現有技術中存在的Retinex算法處理圖像像素存在過飽和的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于Retinex和四元數的霧霾天圖像識別方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，在碼本算法中調入含噪聲的視頻圖像；

步驟2，提取視頻圖像中霧霾的特征表現，形成四元數矩陣，分類圖像霧霾噪聲與前景，得到單幀圖像；

步驟3，對單幀圖像進行增強處理后，獲得增強后的視頻圖像。

本發明的特點還在于：

步驟2具體為，

步驟2.1，采用碼本算法預處理所有含噪聲的視頻圖像，提取視頻圖像中霧霾的特征表現，形成四元數矩陣；

步驟2.2，將彩色視頻圖像的四元數矩陣作為網絡的輸入層，并將CNN的空間卷積層擴展為四元數空間卷積層；

步驟2.3，在四元數空間卷積層提取相鄰視頻幀的動態信息，分類圖像霧霾噪聲與前景，得到單幀圖像。

步驟2.1中的視頻圖像是由N個二維圖像按照時間序列排列而成；每一張二維圖像為一個視頻幀。

霧霾的特征表現為視頻幀的零階、一階以及二階的邊緣梯度信息。

步驟2.3中，動態信息包括視頻幀的可見度、暗通道強度和圖像的對比強度。

步驟3具體為：

步驟3.1，將每幅單幀圖像從RGB顏色空間轉換到HSV顏色空間，獲得H分量、S分量和V分量；

步驟3.2，H分量維持不變，對S分量進行線性拉伸校正；

步驟3.3，將新Retinex算法和MSR結合后對V分量進行增強；

步驟3.4，將增強后的每幅單幀圖像從HSV空間映射到RGB空間，得到增強后的視頻圖像。

新Retinex算法是在雙邊濾波增加修正函數τ，將新Retinex算法的權重因子作為MSR算法的中心環繞函數，其表達式具體如下：