一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，結(jié)合霧天氣下紅外圖像大氣退化與補(bǔ)償建模，簡(jiǎn)單且快速地實(shí)現(xiàn)紅外圖像去霧霾，有效提高紅外圖像對(duì)比度。本發(fā)明包括如下步驟：（1）利用根據(jù)場(chǎng)景點(diǎn)自身發(fā)射的輻射能、以及路徑輻射能推導(dǎo)構(gòu)建紅外成像的退化及其補(bǔ)償模型；（2）估計(jì)路徑輻射最大值，并實(shí)現(xiàn)大氣平均透過率T的計(jì)算；（3）確定輻射定標(biāo)，實(shí)現(xiàn)去霧霾補(bǔ)償與校正。本發(fā)明只需要單幅紅外霧霾退化圖像，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，可迅速地計(jì)算實(shí)現(xiàn)紅外圖像去霧霾。
【專利說明】一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，尤其涉及一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外成像是當(dāng)前研究的前沿課題之一，如何總結(jié)紅外輻射在各種不同氣象條件下大氣傳輸?shù)某上駲C(jī)制，由此反演重建較為清晰的紅外圖象顯得尤為重要。這種紅外高質(zhì)量成像思路對(duì)于惡劣天氣下的交通導(dǎo)航與安防、安全檢測(cè)，以及在公共場(chǎng)所對(duì)某些病毒疾病(如SARS(非典型肺炎))的準(zhǔn)確快速預(yù)警等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。霧霾之下，紅外成像等現(xiàn)有技術(shù)有助于攝像頭“看穿” 一定濃度的霧或煙塵，這在很大程度上保障了人們的安全，但是，日益嚴(yán)重的霧霾，紅外熱成技術(shù)也會(huì)逐漸“有心無力”。由于大氣中水汽、固體顆粒含量高，在霧天拍攝的紅外圖像常存在很強(qiáng)的噪聲、模糊及較多細(xì)節(jié)丟失的退化問題，這給紅外成像帶來了很大的挑戰(zhàn)，也給進(jìn)一步的準(zhǔn)確識(shí)別、跟蹤等許多方面的應(yīng)用造成了困難。
[0003]近年來,紅外圖像去霧霾研究開展得有聲有色。其中，可用pcmodwin等計(jì)算軟件可以計(jì)算大氣吸收、大氣發(fā)射、大氣散射、大氣透過率以及路徑輻射等大氣物理參數(shù)，并且可以利用這些參數(shù)，對(duì)退化的紅外圖像進(jìn)行大氣校正處理。2008年，《霧天氣下紅外圖像清晰處理研究》一文中，針對(duì)紅外圖像中的霧現(xiàn)象，展開了深入的研究，提出了利用兩幅同一場(chǎng)景含有不同程度霧氣的紅外圖像進(jìn)行去霧校正。其主要考慮了大氣吸收及其自身發(fā)射影響，建立起改進(jìn)的霧天氣條件下的紅外輻射大氣衰減模型和路徑輻射模型，并基于兩幅同一場(chǎng)景在不同時(shí)刻所拍攝的霧天氣條件下的退化紅外圖像來恢復(fù)紅外場(chǎng)景的對(duì)比度，恢復(fù)效果優(yōu)于利用軟件計(jì)算的圖像處理結(jié)果。
[0004]首先，去霧霾研究的興起并不久，并且在現(xiàn)有技術(shù)中，大部分的去霧處理針對(duì)可見光圖像，因?yàn)橐话阏J(rèn)為紅外波段可以透過霧霾成像，但是對(duì)于嚴(yán)重的霧霾現(xiàn)象，紅外成像后也存在對(duì)比度很低的問題，研究者針對(duì)紅外圖像的研究還不夠深入；其次，如《霧天氣下紅外圖像清晰處理研究》一文，其主要利用兩幅前后不同時(shí)間點(diǎn)的紅外圖像進(jìn)行分析處理，容易受到環(huán)境左右，這也影響了后續(xù)的應(yīng)用。因此，如何建立更迅捷的紅外圖像去霧霾方法，尤其是單幅紅外圖像方法是目前圖像處理界的難題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，一方面構(gòu)建霧天氣下紅外圖像大氣退化模型，另一方面設(shè)計(jì)與退化相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償手段，使得紅外圖像去霧霾效率高、效果佳。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，包括:構(gòu)建紅外圖像大氣退化模型；相關(guān)參數(shù)的計(jì)算；設(shè)計(jì)紅外圖像去霧霾補(bǔ)償方法，最終實(shí)現(xiàn)紅外圖像清晰化。
[0007]1、紅外圖像大氣退化模型。[0008]在霧天氣下，紅外成像傳感器收到的紅外輻射能體現(xiàn)在圖像上的，紅外成像傳感器收到的紅外輻射能Esmsm包括場(chǎng)景點(diǎn)自身發(fā)射的輻射能Eradiatim和路徑輻射能Epath,可表示為下式:
[0009]Esensor = Eradiation+Epath
[0010]這是由于成像種主要考慮場(chǎng)景點(diǎn)輻射能量在穿過大氣介質(zhì)的衰減以及所受路徑輻射的影響。
[0011](I)場(chǎng)景點(diǎn)自身發(fā)射的輻射能Eradiatim
[0012]由于大氣的存在，在霧天氣條件下，紅外輻射穿過大氣介質(zhì)時(shí)隨著傳播距離的增大衰減程度增大。根據(jù)衰減規(guī)律，本發(fā)明得出積分結(jié)果:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:建立紅外圖像去霧霾補(bǔ)償模型； 在霧天氣下，紅外成像傳感器收到的紅外輻射能體現(xiàn)在圖像上的，紅外成像傳感器收到的紅外輻射能Esmsm包括場(chǎng)景點(diǎn)自身發(fā)射的輻射能Eradiatim和路徑輻射能Epath,可表示為下式:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，其特征在于，步驟(1)中所述的求取參數(shù)即獲取大氣平均透過率T與路徑輻射最大值L00的方法如下: (1)計(jì)算大氣平均透過率T 大氣紅外平均透過率T跟景物深度d以及能見度V有如下的關(guān)系:T = ^d ;其跟能見度V成反比，跟景物深度d成正比，T e (O, 1)； (2)路徑輻射最大值L^ ；利用Modtran大氣傳輸軟件輔助計(jì)算，根據(jù)紅外霧霾圖f、景物深度d和能見度條件V，輸入Modtran軟件，輸出太陽天頂角為某個(gè)角度Θ時(shí)的輻射，定義為路徑輻射最大值Loot5
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用大氣傳輸特征的紅外圖像去霧霾方法，其特征在于，步驟二中所述的輻射與灰度的定標(biāo)方法如下: 采用輻射值與圖像的對(duì)比實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟: (1)獲得路徑輻射最大值L00； (2)針對(duì)紅外霧霾圖f，選取圖像亮度最大的N個(gè)點(diǎn)，按照亮度從高到低排列像素，去掉最大值點(diǎn)與最小值點(diǎn)，剩余像素的平均值作為亮度最大值A(chǔ)O ； (3)將路徑輻射最大值L00與AO作為定標(biāo)基準(zhǔn)，確定輻射與亮度的關(guān)系；于是，可以將f映射到輻射空間，Esensor即為f映射到輻射空間的圖。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103971337SQ201410177343
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】趙巨峰, 高秀敏 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)