圖像去霧方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種圖像去霧方法，包括：計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分；將有霧圖像的每個(gè)像素以及增設(shè)的源點(diǎn)和匯點(diǎn)構(gòu)成以邊集合和頂點(diǎn)集合表示的無(wú)向圖，通過(guò)在無(wú)向圖中求取最小割而將有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域；根據(jù)大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧方法而對(duì)每個(gè)分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像。本發(fā)明提供的圖像去霧方法，先采用基于圖割的圖像分割方法將有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域，然后對(duì)每個(gè)分割圖像區(qū)域分別利用暗原色先驗(yàn)去霧方法進(jìn)行去霧處理，這樣獲得的去霧圖像避免了在邊緣處產(chǎn)生明顯的光暈效應(yīng)的缺陷，得到的去霧圖像清晰、不失真。本發(fā)明還提供了一種圖像去霧系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】圖像去霧方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種圖像去霧方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在有霧氣候下，由于大氣中水滴等粒子較多，隨著物體到成像設(shè)備距離的增大，大氣粒子的散射作用對(duì)成像的影響逐漸增加，這種影響主要由兩個(gè)散射過(guò)程造成:第一，物體表面的反射光在到達(dá)成像設(shè)備的過(guò)程中，由于大氣粒子的散射而發(fā)生衰減；第二，自然光因大氣粒子的散射而進(jìn)人成像設(shè)備參與成像。它們的共同作用導(dǎo)致采集的圖像對(duì)比度、飽和度低及色調(diào)偏移，不僅影響圖像的視覺(jué)效果，而且影響圖像分析和理解的性能。
[0003]由于大氣粒子對(duì)戶外圖像采集造成了比較嚴(yán)重的影響，致使室外視頻系統(tǒng)無(wú)法正常工作，對(duì)地形勘探、視頻監(jiān)控等戶外作業(yè)帶來(lái)了一定的不便，特別是對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)有著十分惡劣的影響，可能造成交通事故的發(fā)生和運(yùn)輸速度的降低。因此對(duì)于霧天各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的圖像上景物影像的清晰化方法的研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)有霧天氣下拍攝圖像的景物影像進(jìn)行去霧處理已經(jīng)成為可能，這反過(guò)來(lái)又對(duì)去霧圖像的清晰度和真實(shí)感提出了新的要求。圖像去霧技術(shù)在視頻監(jiān)控、地形勘測(cè)、自動(dòng)駕駛、城市交通等相關(guān)的領(lǐng)域都有著廣泛的運(yùn)用，改善了大霧天氣對(duì)圖像拍攝造成的發(fā)白、模糊、對(duì)比度低等問(wèn)題。
[0005]目前對(duì)圖像進(jìn)行去霧處理主要采用暗原色先驗(yàn)去霧方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法是通過(guò)對(duì)大量的無(wú)霧圖像觀察得到的統(tǒng)計(jì)規(guī)律而獲得的。暗原色先驗(yàn)去霧方法簡(jiǎn)潔有效，對(duì)各種類型的含霧圖像都能達(dá)到一定程度的去霧效果。然而，暗原色先驗(yàn)去霧方法并不能直接作用于整幅自然圖像，由于在自然圖像中場(chǎng)景深度通常會(huì)在景物的邊緣處發(fā)生突變，導(dǎo)致采用暗原色先驗(yàn)去霧方法進(jìn)行去霧處理后，在邊緣處會(huì)產(chǎn)生明顯的光暈效應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要針對(duì)目前采用暗原色先驗(yàn)去霧方法對(duì)整幅自然圖像進(jìn)行去霧處理會(huì)在邊緣處產(chǎn)生明顯的光暈效應(yīng)的問(wèn)題，提供一種圖像去霧方法和系統(tǒng)。
[0007]一種圖像去霧方法，所述方法包括:
[0008]計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分；
[0009]將所述有霧圖像的每個(gè)像素以及增設(shè)的源點(diǎn)和匯點(diǎn)構(gòu)成以邊集合和頂點(diǎn)集合表示的無(wú)向圖，通過(guò)在所述無(wú)向圖中求取最小割而將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域；
[0010]根據(jù)所述大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧方法而對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像。
[0011]一種圖像去霧系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0012]大氣光成分計(jì)算模塊，用于計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分；
[0013]圖像分割模塊，用于將所述有霧圖像的每個(gè)像素以及增設(shè)的源點(diǎn)和匯點(diǎn)構(gòu)成以邊集合和頂點(diǎn)集合表示的無(wú)向圖，通過(guò)在所述無(wú)向圖中求取最小割而將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域；
[0014]分割圖像區(qū)域去霧處理模塊，用于根據(jù)所述大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧系統(tǒng)而對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像。
[0015]上述圖像去霧方法和系統(tǒng)，先采用基于圖割的圖像分割方法將有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域，然后對(duì)每個(gè)分割圖像區(qū)域分別利用暗原色先驗(yàn)去霧方法進(jìn)行去霧處理，這樣獲得的去霧圖像避免了在邊緣處產(chǎn)生明顯的光暈效應(yīng)的缺陷，得到的去霧圖像清晰、不失真。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為一個(gè)實(shí)施例中圖像去霧方法的流程示意圖；
[0017]圖2為一個(gè)實(shí)施例中計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分的步驟的流程示意圖；
[0018]圖3為一個(gè)實(shí)施例中根據(jù)大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧方法而對(duì)每個(gè)分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像的步驟的流程示意圖；
[0019]圖4為采用傳統(tǒng)的直接利用暗原色先驗(yàn)去霧方法和采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的圖像去霧方法進(jìn)行去霧的效果對(duì)比圖；
[0020]圖5為一個(gè)實(shí)施例中圖像去霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖6為一個(gè)實(shí)施例中圖5中的分割圖像區(qū)域去霧處理模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]這里先對(duì)暗原色先驗(yàn)去霧方法的原理進(jìn)行說(shuō)明。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)和計(jì)算機(jī)圖形中，有霧圖像可用公式(I)表示:
[0024]I(x) = J(x) t (X)+A [l_t (X)]公式(I)
[0025]其中，X代表某一像素；I (x)指的是輸入的有霧圖像被觀測(cè)到的圖像強(qiáng)度，表示有霧圖像；J(X)指的是在沒(méi)有霧的條件下景物的光線強(qiáng)度，表示去霧后的圖像；A是外界大氣光成分，可按常數(shù)向量處理；t(x)指的是光線通過(guò)媒質(zhì)透射到照相機(jī)的過(guò)程中沒(méi)有被散射的部分，也就是傳播參量。去霧的目標(biāo)就是從圖像I中恢復(fù)出J(x)、A和t(x)。
[0026]暗原色先驗(yàn)去霧方法所依據(jù)的統(tǒng)計(jì)事實(shí)是，在絕大多數(shù)非天空的局部區(qū)域里，某一些像素總會(huì)有至少一個(gè)顏色通道具有很低的值，換言之，該區(qū)域光強(qiáng)度的最小值趨近于零。對(duì)于I幅圖像D(X)，定義該圖像D(X)的暗原色圖像，用公式(2)表示為
[0027]Ddark (x) = min { min Dc (v) 公式⑵
' ， c>E{R,G,B\yyea{x) v jJ
[0028]其中X表示圖像中D(X)中像素的位置；c代表顏色通道，這里顏色通道采用RGB(紅綠藍(lán))三通道，在其他實(shí)施例中也可以采用其他形式的顏色通道，護(hù)則表示圖像D(x)的c顏色通道的通道圖像；Ω (X)是以X為中心的一塊預(yù)設(shè)大小的方形區(qū)域；y是在通道圖像De中的方形區(qū)域Ω (χ)中的像素的位置。通過(guò)對(duì)大量無(wú)霧圖像的統(tǒng)計(jì)得出，對(duì)于無(wú)霧的圖像，除了天空的區(qū)域，Ddark(X)的強(qiáng)度總是很低并且趨于零，這也是暗原色得名的原因。
[0029]然而，對(duì)于有霧圖像I (X)，由于附加的外界大氣光，圖像被霧干擾之后往往要比其本身亮度更大，傳播參量t(x) —般較小，所以被濃霧覆蓋的圖像的暗原色具有較高的強(qiáng)度值。視覺(jué)上看來(lái)，暗原色強(qiáng)度值是霧濃度的粗略近似，利用有霧圖像和無(wú)霧圖像的這一點(diǎn)差另IJ，就可以將有霧圖像進(jìn)行去霧處理，并獲得很好的去霧效果。
[0030]暗原色先驗(yàn)去霧方法，基于如下2個(gè)假設(shè):假設(shè)在局部小范圍內(nèi)圖像的傳傳播參量t(x)以及圖像的暗原色信息都在該區(qū)域內(nèi)是一致的；假設(shè)大氣光成分A是常數(shù)向量。根據(jù)公式(I),對(duì)該式兩邊同時(shí)除以大氣光成分A，并同時(shí)求暗原色可得:

【權(quán)利要求】
1.一種圖像去霧方法，所述方法包括: 計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分； 將所述有霧圖像的每個(gè)像素以及增設(shè)的源點(diǎn)和匯點(diǎn)構(gòu)成以邊集合和頂點(diǎn)集合表示的無(wú)向圖，通過(guò)在所述無(wú)向圖中求取最小割而將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域； 根據(jù)所述大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧方法而對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像去霧方法，其特征在于，所述計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分，包括: 根據(jù)待處理的有霧圖像計(jì)算全圖暗原色圖，根據(jù)所述全圖暗原色圖計(jì)算出大氣光成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像去霧方法，其特征在于，所述根據(jù)待處理的有霧圖像計(jì)算全圖暗原色圖，根據(jù)所述全圖暗原色圖計(jì)算出大氣光成分之后，還包括: 判斷所述計(jì)算出的大氣光成分的各通道值是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，若是則用預(yù)設(shè)值替代計(jì)算出的大氣光成分的相應(yīng)通道值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像去霧方法，其特征在于，所述通過(guò)在所述無(wú)向圖中求取最小割而將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，包括: 通過(guò)采用福特-富克森算法或者埃德蒙-卡普算法求取所述無(wú)向圖的最大流以求取最小割，并根據(jù)求取的最小割將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像去霧方法，其特征在于，所述根據(jù)所述大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧方法而對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像，包括: 對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別計(jì)算相應(yīng)的局部暗原色圖； 根據(jù)所述局部暗原色圖和所述大氣光成分計(jì)算所述有霧圖像的每個(gè)像素的傳播參量; 根據(jù)所述大氣光成分和所述有霧圖像的每個(gè)像素的傳播參量計(jì)算獲得去霧圖像。
6.一種圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 大氣光成分計(jì)算模塊，用于計(jì)算待處理的有霧圖像的大氣光成分； 圖像分割模塊，用于將所述有霧圖像的每個(gè)像素以及增設(shè)的源點(diǎn)和匯點(diǎn)構(gòu)成以邊集合和頂點(diǎn)集合表示的無(wú)向圖，通過(guò)在所述無(wú)向圖中求取最小割而將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理，獲得若干分割圖像區(qū)域； 分割圖像區(qū)域去霧處理模塊，用于根據(jù)所述大氣光成分以利用暗原色先驗(yàn)去霧系統(tǒng)而對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別進(jìn)行去霧處理，獲得去霧后的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大氣光成分計(jì)算模塊還用于根據(jù)待處理的有霧圖像計(jì)算全圖暗原色圖，根據(jù)所述全圖暗原色圖計(jì)算出大氣光成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述大氣光成分計(jì)算模塊還用于判斷所述計(jì)算出的大氣光成分的各通道值是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，若是則用預(yù)設(shè)值替代計(jì)算出的大氣光成分的相應(yīng)通道值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像分割模塊還用于通過(guò)采用福特-富克森算法或者埃德蒙-卡普算法求取所述無(wú)向圖的最大流以求取最小割，并根據(jù)求取的最小割將所述有霧圖像進(jìn)行圖像分割處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分割圖像區(qū)域去霧處理模塊包括: 局部暗原色圖計(jì)算模塊，用于對(duì)每個(gè)所述分割圖像區(qū)域分別計(jì)算相應(yīng)的局部暗原色圖； 傳播參量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述局部暗原色圖和所述大氣光成分計(jì)算所述有霧圖像的每個(gè)像素的傳播參量； 去霧執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述大氣光成分和所述有霧圖像的每個(gè)像素的傳播參量計(jì)算獲得去霧圖像。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104134192SQ201410353897
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】朱青松, 吳迪, 王磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院