專利名稱：圖像除霧裝置和圖像除霧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像除霧裝置、一種圖像除霧方法以及一種圖像處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
中國地理環(huán)境復(fù)雜，天氣多樣，霧天在大多數(shù)地區(qū)經(jīng)常可見，而且個別地區(qū)還會受到沙塵天氣的影響。霧與沙塵天氣降低了戶外視頻圖像的能見度。另外，在大型城市中，由于空氣質(zhì)量的問題，戶外視頻圖像的能見度也會降低。能見度的降低對于視頻圖像的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。特別是對于安防監(jiān)控領(lǐng)域，影響更加明顯。霧化圖像清晰化是圖像處理領(lǐng)域中的迫切的實用需求。同時最近幾年基于單幀圖像的除霧技術(shù)的突破使得霧化圖像除霧處理成為計算機視覺領(lǐng)域越來越重要的研究方向。目前，霧化圖像清晰化方法主要有兩個方向:基于一般圖像增強方法的除霧算法和基于大氣模型的除霧算法。屬于基于一般圖像增強方法的除霧算法的有直方圖均值、空間銳化濾波、高頻加強濾波、小波增強、Retinex增強濾波等等。這些算法以增強圖像的對比度和能見度為出發(fā)點并 且與除霧沒有直接關(guān)系，對于由低照明等原因引起的視頻圖像能見度降低等問題也可以進行處理。在2002年，由NARASIMAHAN等人在論文《Vision and theAtmosphere》中首次提出了基于大氣模型的除霧清晰化方法。這類方法在最近幾年取得技術(shù)突破，主要是由Fattal, Kaiming He等人提出了一些新的算法,在僅僅單巾貞圖像的情況下，除霧效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般圖像增強的除霧方法。大氣物理模型描述了當(dāng)大氣中具有懸浮顆粒時攝像裝置拍攝或人眼觀察物體的光學(xué)原理。大氣模型的公式為:I(X) = J(X) t (X)+A (1-t (X)) (I)其中，I (X)代表攝像裝置拍攝到的霧化圖像或者人眼觀察到的霧化圖像，X = (X，y)為圖像像素坐標(biāo)。J(X)為物體反射光圖像，表示沒有霧的圖像，或者可以說是除霧處理的結(jié)果圖像。A為圖像中天空的一點(以下也稱作“天空點”)的RGB值，以下也稱作天空點參數(shù)。如果當(dāng)前輸入圖像中沒有天空存在，則將圖像中霧濃度最強的點視作天空點。t(X)定義了空氣介質(zhì)的傳輸函數(shù)，描述了物體反射光經(jīng)過空中懸浮顆粒的散射以后殘留下來而達(dá)攝像裝置的比例。t(X)是一個大于O且小于I的標(biāo)量數(shù)據(jù)，圖像中每個像素具有一個t (X)。I⑴、J (X)與A均為圖像RGB的矢量數(shù)據(jù)。以下參照

圖1說明式(I)。圖1是大氣模型公式的示意圖。圖1左側(cè)的圖像是人眼或攝像裝置觀察到的圖像I(X)。圖像I (X)由兩部分組成，其中，第一部分為物體反射光J(X)經(jīng)過空中懸浮顆粒散射以后存留下來的部分J(X)t(X)，第二部分為空中懸浮顆粒散射太陽光所造成的大氣環(huán)境光A(l-t(X))。式(I)中的t(X)是被攝物體與攝像裝置(人眼)之間距離(即物距)的函數(shù)，具體表示為t(X) = e_0d(x) (2)其中，cKX)是圖像中一物體點與攝像裝置(人眼)之間的距離，因此t(X)也稱作“距離參數(shù)”。β是大氣散射系數(shù)，是常數(shù)。
由式(I)與式(2)可以看出物體反射光到達(dá)攝像裝置的強度J(X)t(X)和物體與攝像裝置之間的距離d(x)成反比，距離越遠(yuǎn)，則光線衰減越厲害；大氣環(huán)境光到達(dá)攝像裝置的強度A(l-t(x))與距離d(X)成正比，距離越遠(yuǎn)，光線越強，所以在無窮遠(yuǎn)處呈現(xiàn)出白色。最近幾年，基于大氣模型公式(I)的除霧算法取得突破，這些算法僅需單幀圖像作為輸入圖像就能取得不錯的除霧效果。在表I中列舉了一些相關(guān)算法。表I基于大氣模型的除霧算法
權(quán)利要求
1.一種圖像除霧裝置，用于對輸入圖像進行除霧處理，所述圖像除霧裝置包括: 預(yù)處理單元，其用于求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類為變化幀或者不變幀； 變化巾貞精參數(shù)求取單元，其用于求取所述變化巾貞的精距離參數(shù)； 不變幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述不變幀的精距離參數(shù)； 圖像除霧單元，其利用由所述變化幀精參數(shù)單元求出的精距離參數(shù)對所述變化幀進行除霧處理，以及利用由所述不變幀參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)對所述不變幀進行除霧處理； 其中，所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域，以及根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)和/或所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)； 其中，所述不變幀精參數(shù)求取單元根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述不變幀的精距離參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述預(yù)處理單元借助于一個運算窗口根據(jù)由所述運算窗口覆蓋的所有像素的像素值計算位于所述運算窗口中心的像素的粗距離參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像除霧裝置，其特征在于，所述圖像除霧裝置還包括: 粗參數(shù)存儲單元，其用于存儲由所述預(yù)處理單元求出的粗距離參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于，所述圖像除霧裝置還包括: 精參數(shù)存儲單元，其用于存儲由所述變化巾貞精參數(shù)求取單元和所述不變巾貞精參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述預(yù)處理單元在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類為所述變化幀，以及在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比未發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類為所述不變幀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元通過所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相減將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化巾貞精參數(shù)求取單元通過所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)的精細(xì)化來求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述粗參數(shù)變化區(qū)域分割為像素變化區(qū)域和像素不變區(qū)域； 所述變化幀精參數(shù)求取單元根據(jù)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述像素變化區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述像素不變區(qū)域的精距離參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元判斷所述像素變化區(qū)域是否是連通的圖像區(qū)域； 如果所述像素變化區(qū)域是連通的圖像區(qū)域，則所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述像素變化區(qū)域分割為第一圖像區(qū)域和第二圖像區(qū)域以及使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)并且對所述第二區(qū)域的邊緣進行修正，其中，在所述第一圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)不小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)，在所述第二圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)； 如果所述像素變化區(qū)域不是連通的圖像區(qū)域，則所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像除 霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元通過以下方式對所述第二區(qū)域的邊緣進行修正:借助所述運算窗口以所述第二區(qū)域的邊緣上的每個像素為中心計算由所述運算窗口覆蓋的所有像素的粗距離參數(shù)的最小值，然后使由所述運算窗口覆蓋的所有像素的精距離參數(shù)等于所述最小值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述像素不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
13.一種圖像除霧方法，所述圖像除霧方法對輸入圖像進行除霧處理，所述圖像除霧方法包括以下方法步驟: 求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類為變化中貞或者不變巾貞; 求取所述變化幀的精距離參數(shù)； 求取所述不變幀的精距離參數(shù)； 利用所述變化幀的精距離參數(shù)對所述變化幀進行除霧處理，以及利用所述不變幀的精距離參數(shù)對所述不變幀進行除霧處理； 其中，將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域，根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)和/或所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)， 其中，根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述不變幀的精距離參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像除霧方法，其特征在于， 借助于一個運算窗口根據(jù)由所述運算窗口覆蓋的所有像素的像素值計算位于所述運算窗口中心的像素的粗距離參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的圖像除霧方法，其特征在于， 在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類為所述變化幀， 在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比未發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類為所述不變幀。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于，通過所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相減將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于，使所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于，通過所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)的精細(xì)化來求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于，將所述粗參數(shù)變化區(qū)域分割為像素變化區(qū)域和像素不變區(qū)域；根據(jù)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述像素變化區(qū)域的精距 離參數(shù)，而根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述像素不變區(qū)域的精距離參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像除霧方法，其特征在于， 判斷所述像素變化區(qū)域是否是連通的圖像區(qū)域； 如果所述像素變化區(qū)域是連通的圖像區(qū)域，則將所述像素變化區(qū)域分割為第一圖像區(qū)域和第二圖像區(qū)域以及使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)并且對所述第二區(qū)域的邊緣進行修正，其中，在所述第一圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)不小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)，在所述第二圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)； 如果所述像素變化區(qū)域不是連通的圖像區(qū)域，則使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像除霧方法，其特征在于， 通過以下方式對所述第二區(qū)域的邊緣進行修正:借助所述運算窗口以所述第二區(qū)域的邊緣上的每個像素為中心計算由所述運算窗口覆蓋的所有像素的粗距離參數(shù)的最小值，然后使由所述運算窗口覆蓋的所有像素的精距離參數(shù)等于所述最小值。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像除霧方法，其特征在于， 使所述像素不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
23.一種圖像處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)包括攝像裝置、輸出單元和根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的圖像除霧裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像除霧裝置，包括預(yù)處理單元，其用于求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類為變化幀或者不變幀；變化幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述變化幀的精距離參數(shù)；不變幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述不變幀的精距離參數(shù)；圖像除霧單元，其利用由所述變化幀精參數(shù)單元求出的精距離參數(shù)對所述變化幀進行除霧處理，以及利用由所述不變幀參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)對所述不變幀進行除霧處理。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的圖像除霧方法和一種圖像處理系統(tǒng)。
文檔編號G06T5/00GK103226809SQ20121002141
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者三好雅則, 伊藤誠也, 李媛, 王瑾娟 申請人:株式會社日立制作所