專利名稱：基于波譜特性的透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)效果處理領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基于自然場(chǎng)景波譜特性的彩色圖像透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)方法。
背景技術(shù)：
室外自然場(chǎng)景常常因?yàn)樘鞖鈼l件的影響成像效果不佳，主要是由于大氣中小 顆粒的散射作用。文獻(xiàn) I (S. G. Narasimhan, S. K. Nayar. Vision and the atmosphere.International Journal of Computer Vision, 2002, 48 (3) :233-254)根據(jù)大氣粒子的尺寸和濃度，分析了霾(薄霧)、霧、云和雨雪對(duì)成像的影響，而圖像在對(duì)比度和色彩保真度方面的信息的丟失必然會(huì)影響一些戶外成像應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如視頻監(jiān)控、交通檢測(cè)等。圖像去霧技術(shù)可以增強(qiáng)圖像的對(duì)比度、修復(fù)色差，增加室外圖像的視覺(jué)效果，此外，計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的一些算法，如目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、圖像分割等都需要依賴于圖像本身的紋理與色彩特征，圖像去霧技術(shù)可以增強(qiáng)圖像的這些特征從而保證后續(xù)算法的穩(wěn)定實(shí)行。針對(duì)以上問(wèn)題，文獻(xiàn)2 (R. Tan, Visibility in bad weather from a singleimage. In:Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and PatterRecognition. Anchorgae, USA:IEEE,2008.1-8)、文獻(xiàn) 3 (R. Fattal,Single ImageDehazing, Proc. ACM SIGGRAPH，08，2008)、文獻(xiàn) 4 (J.-P. Tarel, N. HautiSre,Fastvisibility restoration from a single color or gray level image, inProc. IEEE Int.Conf. Computer. Vision.，2009, 2201-2208)等都根據(jù)文獻(xiàn)中提出的相應(yīng)假設(shè)成功增強(qiáng)了霧天圖像的對(duì)比度，但是去霧后的圖像都帶有一些人工的痕跡，而且部分濃霧圖像會(huì)因?yàn)榧僭O(shè)失效去霧效果很差。文獻(xiàn) 5 (K. He, J. Sun, and X. Tang, Single image haze removalusing dark channel prior, In IEEE Conference on Computer Vision and PatternRecognition, 1956-1963，2009)提出了暗原色先驗(yàn)圖像去霧算法，該算法引起了廣泛的關(guān)注，它指出在室外自然圖像中，非天空區(qū)域場(chǎng)景的RGB三通道中至少存在一個(gè)通道的亮度值是很小可以近似為零，進(jìn)而建立退化模型反演退化過(guò)程，改善霧天圖像質(zhì)量。但是該暗原色先驗(yàn)圖像去霧算法忽略了圖像RGB三通道間的互相關(guān)特性，因此暗原色先驗(yàn)成立的條件還不夠充分。近一段時(shí)間也出現(xiàn)了一些對(duì)基于暗原色先驗(yàn)去霧算法進(jìn)行改進(jìn)的研究文獻(xiàn)。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010139441. 1，申請(qǐng)日2010-04_06，名稱為一種基于暗原色的自動(dòng)圖像去霧方法的文獻(xiàn)和文獻(xiàn)6 (方帥，王勇，曹洋，占吉清，饒瑞中.單幅霧天圖像復(fù)原[J].電子學(xué)報(bào)，Vol. 38，No. 10. 2010年10月)。但是，在該兩份文獻(xiàn)中只改進(jìn)了暗原色先驗(yàn)去霧算法的某一方面的問(wèn)題，如天空光的選取、軟摳圖算法的替代算法等等，并沒(méi)有對(duì)暗原色先驗(yàn)給出理論分析支持以及對(duì)該理論本質(zhì)上的改進(jìn)，同時(shí)對(duì)于去霧后圖像偏暗的問(wèn)題，文獻(xiàn)中亦缺乏有效的圖像增強(qiáng)手段，傳統(tǒng)的及改進(jìn)后的基于暗原色先驗(yàn)的去霧方法的效果均不夠理想。在此背景下，研究拓展原有的暗原色理論，并研究新的彩色圖像增強(qiáng)方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
I、要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)算法存在的忽略了圖像RGB三通道間的互相關(guān)特性及去霧后圖像偏暗的不足，本發(fā)明提供了一種全新彩色圖像透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用耦合性更低的透射率三通道可以更準(zhǔn)確地復(fù)原出圖像，同時(shí)使用基于彩色對(duì)數(shù)圖像處理模型的增強(qiáng)算法可以明顯地提高圖像的可視性。2、技術(shù)方案發(fā)明原理本發(fā)明的全新彩色圖像透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)算法從自然場(chǎng)景 反射波譜的角度完善暗原色先驗(yàn)理論，通過(guò)仿真人眼視覺(jué)感光特性，在光譜空間分段積分形成一種新的光譜透射率三通道，在此空間中尋找暗通道以去除傳統(tǒng)RGB圖像各通道互相關(guān)性；同時(shí)在透射率三通道中結(jié)合LIP對(duì)數(shù)圖像處理原理，提出基于彩色對(duì)數(shù)圖像處理模型的自適應(yīng)增強(qiáng)算法，對(duì)去霧后的圖像進(jìn)行增強(qiáng)。本發(fā)明的基于波譜特性的透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)方法，其步驟為(I)采用CMF (Color Matching Function,色彩匹配函數(shù))仿真人眼敏感度特性，在光源D65的光譜分布特性下，通過(guò)白平衡點(diǎn)求解RGB圖像的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣K；(2)根據(jù)人眼感知光譜波長(zhǎng)區(qū)間，劃分3個(gè)獨(dú)立的光譜通道α、β、Y以對(duì)應(yīng)人眼感知的B、G、R三色，進(jìn)而結(jié)合CMF和D65光源計(jì)算3個(gè)獨(dú)立光譜波長(zhǎng)范圍下透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣^ ；(3)考慮到對(duì)應(yīng)同一圖像，其從RGB像素空間F(x，y)求解的人眼刺激值與透射率三通道 ；(Χ，y)空間求解的刺激值相等，對(duì)于輸入有霧圖像F(X，y)，利用RGB圖像的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣皮和透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣0，求解對(duì)應(yīng)的透射率三通道圖像Te(x，y)，其中c e {α, β, y}分別為對(duì)應(yīng)的透射率三通道空間，x、y為圖像每一像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，α, β, Y分別為對(duì)應(yīng)的透射率三通道空間；(4)利用拓展的彩色圖像透射率-暗原色先驗(yàn)假設(shè)，求解大氣光在透射率空間的值Α。,進(jìn)而在透射率三通道圖像Tjx, y)中求解去霧復(fù)原圖Jjx, y)和傳播圖t(x，y)；
權(quán)利要求
1.基于波譜特性的透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)方法，其步驟為 (1)采用CMF仿真人眼敏感度特性，在光源D65的光譜分布特性下，通過(guò)白平衡點(diǎn)求解RGB圖像的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣K , (2)根據(jù)人眼感知光譜波長(zhǎng)區(qū)間，劃分3個(gè)獨(dú)立的光譜通道α、β、Y以對(duì)應(yīng)人眼感知的B、G、R三色，進(jìn)而結(jié)合CMF和D65光源計(jì)算3個(gè)獨(dú)立光譜波長(zhǎng)范圍下透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣； (3)考慮到對(duì)應(yīng)同一圖像，其從RGB像素空間F(x，y)求解的人眼刺激值與透射率三通道Tjx，y)空間求解的刺激值相等，對(duì)于輸入有霧圖像F(X，y)，利用RGB圖像的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣犮和透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣求解對(duì)應(yīng)的透射率三通道圖像Tci(^y)，其中c e {α, β, y}分別為對(duì)應(yīng)的透射率三通道空間，x、y為圖像每一像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，α，β，Y分別為對(duì)應(yīng)的透射率三通道空間； (4)利用拓展的彩色圖像透射率-暗原色先驗(yàn)假設(shè)，求解大氣光在透射率空間的值Α。，進(jìn)而在透射率三通道圖像Tjx, y)中求解去霧復(fù)原圖Jjx, y)和傳播圖t(x，y)；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的步驟(I)中，將人眼看作傳感器，在光源L的照射下，人眼敏感度S三通道分別為SK、Sg和SB，通過(guò)人眼敏感度S形成人眼感知P，對(duì)于任意一個(gè)像素(x，y)，可表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，為降低各通道之間的耦合性，定義圖像的透射率三通道，按照光譜波長(zhǎng)區(qū)間將α、β、Y分為三個(gè)獨(dú)立部分，其中α代表藍(lán)色區(qū)間對(duì)應(yīng)于390nm至480nm的波長(zhǎng)范圍，β代表綠色區(qū)間對(duì)應(yīng)到485nm至545nm的范圍，Y代表紅色區(qū)間對(duì)應(yīng)到550nm至780nm的范圍，通過(guò)透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣&構(gòu)建透射率三通道T39tl — 480 (X，y) ,T485 — 545 (X，y)和T55tl — 780 (x, y)與歸一化的人眼感知強(qiáng)度P(Xj)間的關(guān)系，具體如下 考慮到在8位圖像中，P和F都取值[O，255]，T歸一化在[O，I]，因此需要M = 255來(lái)做調(diào)整，式(3)用T表示有
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，考慮到對(duì)應(yīng)同一圖像，其從RGB像素空間F(x，y)求解的人眼刺激值與透射率三通道圖像Tjx，y)空間求解的刺激值相等，對(duì)于輸入彩色圖像F(x，y)，利用人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣I和透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣t/聯(lián)立公式(7)和(12)，求解原有霧圖像求解透射率三通道圖像T。(X，y),具體如下
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步驟(4)中，在透射率三通道圖像Tc(x, y)中，運(yùn)用暗原色先驗(yàn)，求解各像素點(diǎn)的透射率-暗原色值JdaA(x，y)，公式如下
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的步驟(5)中，考慮到對(duì)數(shù)圖像處理的本質(zhì)在于在透射率空間對(duì)圖像進(jìn)行處理，為此提出對(duì)透射率三通道空間中的去霧復(fù)原圖jjx，y)進(jìn)行對(duì)比度最大化的增強(qiáng)，然后還原到RGB空間得到最終的去霧圖片Jegb (x, y)，具體如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于波譜特性的透射率-暗原色先驗(yàn)去霧增強(qiáng)方法，屬于圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)效果處理領(lǐng)域。該方法的步驟為(1)求解RGB圖像的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣(2)計(jì)算3個(gè)獨(dú)立光譜波長(zhǎng)范圍下透射率三通道的人眼視覺(jué)感知刺激權(quán)重矩陣(3)求解對(duì)應(yīng)的透射率三通道Tc(x,y)；(4)求解大氣光在透射率空間的值A(chǔ)c，進(jìn)而在透射率空間Tc(x,y)中求解去霧復(fù)原圖Jc(x,y)和傳播圖t(x,y)；(5)求解其在透射率三通道中的增強(qiáng)系數(shù)矩陣C0，最終形成去霧圖片JRGB(x,y)。實(shí)驗(yàn)表明，使用本發(fā)明的方法可以明顯地提高圖像的可視性。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102831590SQ20121031521
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者李勃, 史德飛, 丁文, 江登表, 董蓉, 楊嫻, 陳啟美 申請(qǐng)人:李勃