一種快速并行圖像去霧方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速并行圖像去霧方法，涉及圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明通過(guò)首先計(jì)算出單像素最小分量矩陣，然后復(fù)用該單像素最小分量矩陣并行計(jì)算出其他滑窗模板下圖像對(duì)應(yīng)的最小分量矩陣，最后結(jié)合圖像的邊緣信息選擇不同滑窗模板對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景透射系數(shù)完成對(duì)圖像的去霧。本發(fā)明的方法在數(shù)據(jù)層面上支持流水線操作，易于并行執(zhí)行；恢復(fù)出的圖像質(zhì)量較高，解決了圖像去霧處理時(shí)物體邊緣附近易產(chǎn)生光暈的問(wèn)題；避免了原始算法的軟摳圖處理，計(jì)算量小，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的，便于實(shí)際應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種快速并行圖像去霧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于有霧圖像各色彩通道暗元素信息的圖像快速并行去霧方法。
【背景技術(shù)】
[0002]霧造成的成像質(zhì)量退化對(duì)人們的生產(chǎn)生活有著直接的影響，圖像的去霧是恢復(fù)圖像可視性及可理解性關(guān)鍵技術(shù)，也是圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。經(jīng)典的圖像增強(qiáng)算法往往假設(shè)輸入圖像是物體表面反射光，針對(duì)有霧圖像，這些方法的數(shù)學(xué)模型在一定程度上并不能較好地描述成像退化過(guò)程，從而影響最終的圖像去霧效果。因此，研究和改進(jìn)霧天成像退化模型和去霧方法十分必要。
[0003]現(xiàn)有的圖像去霧方法一般是基于霧天圖像的先驗(yàn)信息規(guī)律對(duì)霧天圖像進(jìn)行一定程度上的增強(qiáng)或恢復(fù)，以提高圖像的可視性。典型的方法有Fattal方法、Tan方法和He方法。
[0004]Fattal方法的先驗(yàn)信息是假設(shè)環(huán)境光分量和物體表面的反射光分量是不相關(guān)的，以此估計(jì)出物體表面反射光分量,但恢復(fù)出的圖像往往失真度較高。
[0005]Tan方法發(fā)現(xiàn)的先驗(yàn)信息是無(wú)霧圖像的對(duì)比度往往比有霧圖像的對(duì)比度要高，基于此類(lèi)先驗(yàn)信息，通過(guò)算法處理使有霧圖像的局部區(qū)域的對(duì)比度達(dá)到最大，以達(dá)到圖像去霧的目的。但恢復(fù)的圖像對(duì)比度往往很高，容易造成圖像紋理細(xì)節(jié)信息的淹沒(méi)。
[0006]He方法基于色彩通道暗元素的先驗(yàn)信息，恢復(fù)出的圖像質(zhì)量較真實(shí)，但是此方法只考慮了一個(gè)尺度參數(shù)，且采用運(yùn)算極為復(fù)雜的軟摳圖優(yōu)化方法來(lái)估計(jì)場(chǎng)景的透射系數(shù)，在遇到圖像邊緣時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)光暈現(xiàn)象，影響最終圖像質(zhì)量。該方法去霧效果雖然比較理想，但計(jì)算太過(guò)復(fù)雜，計(jì)算·量會(huì)隨著圖像尺寸的增大呈現(xiàn)出幾何級(jí)增加，難以直接運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種快速并行圖像去霧方法，并行計(jì)算程度高，圖像去霧效果好，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的，可以方便的應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種快速并行圖像去霧方法，包括以下步驟:
[0009](I)、將輸入圖像I U，y)轉(zhuǎn)換到RGB色彩空間，并計(jì)算圖像中每個(gè)像素點(diǎn)RGB色
彩分量中的最小值，獲得輸入I (x，y)的單像素最小值矩陣M1L(Z)，記Μ:(/)對(duì)應(yīng)的圖像為 Il (X，y)；
[0010](2)、采用Sobel算子對(duì)圖像Il (x，y)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)得到的邊緣點(diǎn)和非邊緣點(diǎn)進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像Ibl U，y)；
[0011](3)、復(fù)用單像素最小值矩陣M1^/)，對(duì)圖像n (x，y)進(jìn)行3x3滑窗最小值濾波，水平和豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為I個(gè)像素，得到3x3尺度像素最小值矩陣M1U7);
[0012](4)、復(fù)用最小值矩陣M,1,,(/)，對(duì)圖像n (x，y)進(jìn)行5x5滑窗最小值濾波，水平和豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為2個(gè)像素，得到5x5尺度像素最小值矩陣；
[0013](5)、復(fù)原最小值矩陣(/)，對(duì)圖像Il (x, y)進(jìn)行7x7滑窗最小值濾波，水平和
豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為2個(gè)像素，得到7x7尺度像素最小值矩陣；
[0014](6)、采用5x5統(tǒng)計(jì)模板對(duì)二值圖像Ibl (x, y)進(jìn)行遍歷，如果當(dāng)前被訪問(wèn)的像素P (x,y)為邊緣點(diǎn)，則該點(diǎn)的最小分量值M_(Z) = Mil(Z);如果當(dāng)前被訪問(wèn)的像素P(x, y)為非邊緣點(diǎn)，則統(tǒng)計(jì)以該點(diǎn)為中心的模板范圍內(nèi)邊緣點(diǎn)數(shù)量，如果邊緣點(diǎn)數(shù)量等于零，則該點(diǎn)的最小分量值I.V) =M^/).如果邊緣點(diǎn)數(shù)量大于零，則該點(diǎn)的最小分量值

I
[0015](7)、在統(tǒng)計(jì)圖像Il (X，y)中取值最大的前100個(gè)像素點(diǎn)，并將這些點(diǎn)的坐標(biāo)記錄在矩陣C中；
[0016](8)、找出矩陣C中各坐標(biāo)點(diǎn)在輸入圖像I (x，y)中對(duì)應(yīng)的像素，分別計(jì)算出這些像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大色彩分量值RmaX，GmaX，Bmax，取這三個(gè)最大分量的最大值a=max {Rmax, Gmax, Bmax}作為環(huán)境光照的色彩通道分量,記為環(huán)境光照強(qiáng)度值A(chǔ)= {a, a, a}；
[0017](9)、計(jì)算場(chǎng)景中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)矩陣T U，y)；
[0018](10)、根據(jù)場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T (x,y)以及環(huán)境光照強(qiáng)度值A(chǔ)，計(jì)算得到去霧后的圖像 J (χ, y)°
[0019]作為優(yōu)選方式，當(dāng)步驟(1)完成前3行像素的處理之后，步驟(3)可以開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)步驟(3)完成前3行單元數(shù)據(jù)的計(jì)算之后，因此步驟(1)、(3)、(4)、(5)之間可以用流水線的方式實(shí)現(xiàn)；步驟(4 )和(5 )可以并行執(zhí)行。
[0020]對(duì)上述方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，計(jì)算得到單像素最小值矩陣
【權(quán)利要求】
1.一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于包括以下步驟: (1)、將輸入圖像I(X，y)轉(zhuǎn)換到RGB色彩空間，并計(jì)算圖像中每個(gè)像素點(diǎn)RGB色彩分量中的最小值，獲得輸入I (x，y)的單像素最小值矩陣MiJ/)，記Mim(Z)對(duì)應(yīng)的圖像為I1(X，y)； (2)、采用Sobel算子對(duì)圖像I1U，y)進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)得到的邊緣點(diǎn)和非邊緣點(diǎn)進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像Ib1 U，y)； (3)、復(fù)用單像素最小值矩陣#:(/)，對(duì)圖像I1(x，y)進(jìn)行3x3滑窗最小值濾波，水平和豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為I個(gè)像素，得到3x3尺度像素最小值矩陣M1^11 (/); (4)、復(fù)用最小值矩陣(J)，對(duì)圖像I1(χ, y)進(jìn)行5x5滑窗最小值濾波，水平和豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為2個(gè)像素，得到5x5尺度像素最小值矩陣; (5)、復(fù)原最小值矩陣M^lin(/)，對(duì)圖像I1(χ, y)進(jìn)行7x7滑窗最小值濾波，水平和豎直方向的滑動(dòng)步長(zhǎng)均為2個(gè)像素，得到7x7尺度像素最小值矩陣M〗im(/); (6)、采用5x5統(tǒng)計(jì)模板對(duì)二值圖像Ib1Uj)進(jìn)行遍歷，如果當(dāng)前被訪問(wèn)的像素p(x，y)為邊緣點(diǎn)，則該點(diǎn)的最小分量值W (/) = K,, (O ;如果當(dāng)前被訪問(wèn)的像素P(x，y)為非邊緣點(diǎn)，則統(tǒng)計(jì)以該點(diǎn)為中心的模板范圍內(nèi)邊緣點(diǎn)數(shù)量，如果邊緣點(diǎn)數(shù)量等于零，則該點(diǎn)的最小分量值M_(/) =;如果邊緣點(diǎn)數(shù)量大于零，則該點(diǎn)的最小分量值Mmin(J) =Mjnn(J)； (7)、在統(tǒng)計(jì)圖像I1(x, y)中取值最大的前100個(gè)像素點(diǎn)，并將這些點(diǎn)的坐標(biāo)記錄在矩陣C中； (8)、找出矩陣C中各坐標(biāo)點(diǎn)在輸入圖像I(x，y)中對(duì)應(yīng)的像素，分別計(jì)算出這些像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大色彩分量值RmaX，GmaX，Bmax,取這三個(gè)最大分量的最大值a=max {Rmax, Gmax, Bmax}作為環(huán)境光照的色彩通道分量,記為環(huán)境光照強(qiáng)度值A(chǔ)= {a, a, a}； (9)、計(jì)算場(chǎng)景中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)矩陣T(x,y)； (10)、根據(jù)場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T(x,y)以及環(huán)境光照強(qiáng)度值A(chǔ)，計(jì)算得到去霧后的圖像J (χ, y)o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:當(dāng)步驟(1)完成前3行像素的處理之后，步驟(3)可以開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)步驟(3)完成前3行單元數(shù)據(jù)的計(jì)算之后，因此步驟(1)、(3)、(4)、(5)之間可以用流水線的方式實(shí)現(xiàn)；步驟(4)和(5)可以并行執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(1)中，計(jì)算得到單像素最小值矩陣OO的公式為 /W= m\n{R(/),G(f),B(/)\ ?
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(3)中，3x3滑窗最小值濾波的計(jì)算公式為
^ LU(x^y)) =.min, (.min M1mki (x + /,.v +./'))..
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(4)中，5x5滑窗最小值濾波器的計(jì)算公式為

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(5)中，7x7滑窗最小值濾波器的計(jì)算公式為

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(9)中，透射系數(shù)矩陣的計(jì)算公式為

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速并行圖像去霧方法，其特征在于:所述步驟(10)中，計(jì)算去霧后圖像的計(jì)算公式為
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103714519SQ201310698542
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】黃榮順, 吳敏, 吳宏剛, 顏善 申請(qǐng)人:中國(guó)民用航空總局第二研究所