本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，尤其是一種基于暗通道先驗(yàn)和邊緣信息的圖像去霧方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，數(shù)字圖像技術(shù)已經(jīng)在安防監(jiān)控、交通、氣象、測(cè)繪等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，在戶(hù)外采集圖像的過(guò)程中，圖像的質(zhì)量往往受到自然環(huán)境的影響。霧在我國(guó)是一種常見(jiàn)的天氣，在霧天情況下，大氣中存在著一些渾濁的介質(zhì)（水蒸氣、粉塵顆粒等），由于不同的介質(zhì)所對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性不同，光通過(guò)這些介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中被部分吸收及散射，使得圖像采集設(shè)備所接收到的光發(fā)生了變化，導(dǎo)致圖像清晰度下降，低對(duì)比度，模糊不清，場(chǎng)景特征無(wú)法提取等現(xiàn)象。這些缺陷嚴(yán)重限制和影響室外視覺(jué)采集系統(tǒng)的使用，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確提取圖像特征。因此，有必要對(duì)霧天圖像進(jìn)行清晰化處理，使戶(hù)外視覺(jué)采集系統(tǒng)能夠在霧天條件下更好地發(fā)揮作用。

目前圖像去霧算法主要分為兩類(lèi)：基于物理模型的方法和基于圖像增強(qiáng)的方法。基于圖像增強(qiáng)的方法是從圖像的特征出發(fā)，通過(guò)使用圖像增強(qiáng)方法對(duì)降質(zhì)圖像的對(duì)比度、顏色以及亮度進(jìn)行處理來(lái)達(dá)到去霧的目標(biāo)。這類(lèi)方法的缺陷是沒(méi)有考慮到霧天圖像退化的原因，去霧不徹底。而基于物理模型的方法是從霧天降質(zhì)圖像的退化原因出發(fā)，建立物理模型，建立退化模型，反演退化過(guò)程，并對(duì)退化過(guò)程中引起的失真進(jìn)行校正補(bǔ)償，得到去霧后的圖像，屬于圖像復(fù)原范疇?；趫D像復(fù)原的方法中最具有代表性的是kaiminghe提出的基于暗原色先驗(yàn)的去霧方法，獲得了較好的去霧效果，引起了廣泛的關(guān)注。但是該方法存在執(zhí)行效率低，天空區(qū)域易出現(xiàn)彩色失真，邊緣區(qū)域易產(chǎn)生光暈等問(wèn)題。近年來(lái)，針對(duì)暗原色先驗(yàn)方法的不足，許多研究者提出了改進(jìn)的方法。對(duì)于執(zhí)行效率低的問(wèn)題，可采用導(dǎo)向?yàn)V波替換原方法中的軟摳圖方法來(lái)細(xì)化透射率圖，但是導(dǎo)向?yàn)V波在保持邊緣的同時(shí)也會(huì)平滑圖像，對(duì)邊緣的保持性未達(dá)到最佳。對(duì)于天空區(qū)域易出現(xiàn)彩色失真的問(wèn)題，采用簡(jiǎn)單的容差機(jī)制來(lái)修正透射率圖，可有效的避免天空顏色失真的現(xiàn)象。對(duì)于邊緣區(qū)域易產(chǎn)生光暈的問(wèn)題，目前還未得到很好的解決。

基于此，本發(fā)明提供了一種基于暗通道先驗(yàn)和邊緣信息的圖像去霧方法，利用基于分塊的技術(shù)來(lái)盡可能快速并準(zhǔn)確的得到大氣光的估計(jì)值，同時(shí)可避免原圖像中白色噪聲對(duì)大氣光估計(jì)值的影響，在求取粗略透射率圖時(shí)，首先對(duì)原始圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)并膨脹提取到邊緣信息，然后根據(jù)邊緣信息圖自適應(yīng)選擇窗口大小，進(jìn)而采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波細(xì)化透射率圖，可使其邊緣保持更佳，有效的解決了邊緣區(qū)域的光暈問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于暗通道先驗(yàn)和邊緣信息的圖像去霧方法，解決了現(xiàn)有圖像去霧方法中未能徹底解決的邊緣區(qū)域產(chǎn)生光暈的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：基于暗通道先驗(yàn)和邊緣信息的圖像去霧方法，其特征在于，主要包括如下步驟：

（1）采集霧天降質(zhì)圖像；

（2）利用基于分塊處理的技術(shù)估計(jì)大氣光的值；

（3）對(duì)霧天降質(zhì)圖像采用sobel算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)并進(jìn)行膨脹操作提取原始圖像的邊緣信息圖；

（4）根據(jù)步驟（3）得到的二值圖自適應(yīng)選擇窗口大小得到粗略透射率圖；

（5）采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波細(xì)化透射率圖；

（6）對(duì)步驟（5）得到的透射率圖進(jìn)行修正操作；

（7）利用霧天降質(zhì)模型，代入原始霧天降質(zhì)圖像，以及步驟（2）得到的大氣光值和步驟（6）得到的修正后的透射率圖，復(fù)原無(wú)霧圖像。

其中，步驟（2）中所述的基于分塊處理的技術(shù)估計(jì)大氣光值的具體過(guò)程為：首先將原始霧天降質(zhì)圖像進(jìn)行四等劃分，求各子塊的得分值，然后對(duì)各個(gè)子塊的得分值進(jìn)行比較，選擇最大的得分值進(jìn)一步四等劃分，直到選中的子塊小于等于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)停止劃分，最后對(duì)選中的子塊進(jìn)行灰度腐蝕來(lái)消除可能存在影響大氣光值的白色噪點(diǎn)，對(duì)灰度腐蝕后的子塊中的像素值進(jìn)行排序，取前10%個(gè)像素點(diǎn)，找到這些像素點(diǎn)在原圖的位置，求其與（255,255,255）最接近的像素點(diǎn)，該點(diǎn)處的像素值便為大氣光a的值。

其中，步驟（3）中得到的邊緣信息圖的具體過(guò)程為：首先將原始圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，然后對(duì)灰度圖像利用sobel算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)得到二值圖像，最后進(jìn)行膨脹操作得到原始圖像的二值邊緣信息圖。

其中，步驟（4）中得到粗略透射率圖的具體過(guò)程為：根據(jù)步驟（3）提取到的邊緣信息圖，對(duì)邊緣區(qū)域采用3*3大小的窗口，在非邊緣區(qū)域采用15*15大小的窗口進(jìn)行最小值濾波運(yùn)算，可得到粗略透射率圖。

其中，步驟（5）中采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波來(lái)細(xì)化透射率圖是因?yàn)樘荻扔虻膶?dǎo)向?yàn)V波包含了邊緣感知算子，在平滑圖像的同時(shí)可以更好的保持邊緣，此外該濾波方法具有和導(dǎo)向?yàn)V波一樣的執(zhí)行效率。

其中，步驟（6）中修正透射率圖的具體過(guò)程為：由于原始霧天圖像中的明亮區(qū)域不滿足暗通道先驗(yàn)條件，此時(shí)求得的透射率不準(zhǔn)確，因此要對(duì)細(xì)化后的透射率圖進(jìn)行修正操作，可用如下式子表示：

其中，，為容差系數(shù)，為修正因子，修正后的透射率圖。

與現(xiàn)有的圖像去霧方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）本發(fā)明在估計(jì)大氣光時(shí)采用了基于分塊技術(shù)處理，對(duì)圖像四等劃分，求每個(gè)子塊的得分值，得分值考慮到了子塊內(nèi)部的像素均值以及標(biāo)準(zhǔn)差等因素，對(duì)得分值最大的子塊再進(jìn)一步四等劃分，直到最終選中的子塊小于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)停止，此外對(duì)最終選中的子塊進(jìn)行灰度腐蝕處理，將子塊內(nèi)部有可能影響大氣光估計(jì)的白色噪點(diǎn)消除，最后對(duì)灰度腐蝕處理后的子塊取前10%個(gè)像素點(diǎn)，找到這些像素點(diǎn)在原圖的位置，求其與（255,255,255）最接近的像素點(diǎn)，該點(diǎn)處的像素值便為大氣光a的值，能夠快速并準(zhǔn)確的獲得大氣光的估計(jì)值，同時(shí)也消除了白色噪點(diǎn)對(duì)大氣光估計(jì)值的影響；

（2）本發(fā)明在求取透射率圖時(shí)，首先提取原始圖像的邊緣信息圖，然后根據(jù)邊緣信息圖像自適應(yīng)的選擇窗口大小，然后采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波進(jìn)行細(xì)化操作，可避免邊緣區(qū)域出現(xiàn)的光暈現(xiàn)象，且邊緣區(qū)域的細(xì)節(jié)信息保持較好。

附圖說(shuō)明

圖1：為本發(fā)明的流程框架示意圖；

圖2：為基于分塊技術(shù)估計(jì)大氣光的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明是一種基于暗通道先驗(yàn)和邊緣信息的圖像去霧方法，其特征在于，主要包括如下步驟：

（1）采集霧天降質(zhì)圖像；

（2）利用基于分塊處理的技術(shù)估計(jì)大氣光的值；

（3）對(duì)霧天降質(zhì)圖像的灰度圖采用sobel算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)并進(jìn)行膨脹操作提取原始圖像的邊緣信息圖；

（4）根據(jù)步驟（3）得到的二值圖自適應(yīng)選擇窗口大小得到粗略透射率圖；

（5）采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波細(xì)化透射率圖；

（6）對(duì)步驟（5）得到的透射率圖進(jìn)行修正操作；

（7）利用霧天降質(zhì)模型，代入原始霧天降質(zhì)圖像，以及步驟（2）得到的大氣光值和步驟（6）得到的修正后的透射率圖，復(fù)原無(wú)霧圖像。

所述的步驟（2）中估計(jì)大氣光值的具體步驟如圖2所示，首先將原始霧天圖像進(jìn)行四等劃分，每個(gè)子塊記為b1、b2、b3和b4，然后計(jì)算每個(gè)子塊的得分值，其中得分的計(jì)算方法考慮到了子塊內(nèi)部的像素均值和標(biāo)準(zhǔn)差，可用如下式子表示：

其中，為子塊中rgb通道中某個(gè)顏色通道下的像素平均值，為子塊中rgb通道中某個(gè)顏色通道下像素值標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)各子塊的得分值進(jìn)行比較，將得分值最高的子塊進(jìn)一步劃分，直到最終選擇的子塊小于等于預(yù)先設(shè)定的閾值，w和h為圖像的寬和高，將最終選擇的子塊記為，對(duì)最終選擇的子塊采用暗通道灰度腐蝕的方法將可能存在的白色噪點(diǎn)消除，灰度腐蝕的運(yùn)算可用如下式子表示：

其中，為以像素點(diǎn)為中心3*3的模板區(qū)域，然后對(duì)中的像素值進(jìn)行排序，取靠前的10%個(gè)像素點(diǎn)，找出這些像素點(diǎn)在原始霧天圖像中對(duì)應(yīng)的位置，求出距離（255,255,255）最近的像素點(diǎn)，可表示為，該像素點(diǎn)的值就是大氣光的估計(jì)值。

所述的步驟（3）中，首先將原始的霧天降質(zhì)圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖，然后采用sobel算子對(duì)其進(jìn)行邊緣檢測(cè)，再進(jìn)行膨脹處理可以得到邊緣與邊緣臨近區(qū)域相關(guān)的二值化圖像，即原始霧天降質(zhì)圖像的邊緣信息圖。

所述的步驟（4）中，根據(jù)得到的邊緣信息圖，在求取粗略透射率圖時(shí)，對(duì)邊緣及其臨近區(qū)域采用3*3的窗口大小，對(duì)非邊緣區(qū)域采用15*15的窗口大小，這樣可使邊緣區(qū)域的粗略透射率更為準(zhǔn)確。

所述的步驟（5）中，采用梯度域的導(dǎo)向?yàn)V波來(lái)細(xì)化透射率圖是因?yàn)樘荻扔虻膶?dǎo)向?yàn)V波包含了邊緣感知算子，在平滑圖像的同時(shí)可以更好的保持邊緣，此外該濾波方法具有和導(dǎo)向?yàn)V波一樣的執(zhí)行效率。

所述的步驟（6）中，由于原始霧天圖像中的明亮區(qū)域不滿足暗通道先驗(yàn)條件，此時(shí)求得的透射率不準(zhǔn)確，此外暗通道先驗(yàn)方法求得透射率比真實(shí)的透射率偏小，因此要對(duì)細(xì)化后的透射率圖進(jìn)行修正操作，可用如下式子表示：

其中，，為容差系數(shù)，為修正因子，為修正后的透射率圖。

所述的步驟（7）中，利用霧天降質(zhì)模型，將原始的霧天降質(zhì)圖像，上述步驟中估計(jì)得到的大氣光值a以及修正后的透射率圖，便可復(fù)原得到去霧后的圖像。

以往方法在估計(jì)大氣光時(shí)通常選擇某個(gè)像素值作為大氣光的估計(jì)值，這樣很容易受到原始圖像中白色噪點(diǎn)的影響，導(dǎo)致最終復(fù)原的圖像出現(xiàn)偏色等現(xiàn)象。雖然本發(fā)明中也是選擇圖像中某個(gè)像素值作為大氣光的估計(jì)值，但是在選擇前，本發(fā)明做了若干處理，在得到備選區(qū)域后，首先對(duì)其進(jìn)行暗通道灰度腐蝕操作來(lái)消除可能存在的白色噪點(diǎn)，然后在灰度腐蝕后的備選區(qū)域中選擇前10%個(gè)像素點(diǎn)，找到這些像素點(diǎn)在原始圖像中對(duì)應(yīng)的位置，求其中與（255,255,255）距離最接近的像素點(diǎn)，選擇該點(diǎn)的像素值作為大氣光的估計(jì)值。

傳統(tǒng)暗通道先驗(yàn)去霧方法在求取粗略透射率圖時(shí)，通常選擇固定尺寸的窗口大小來(lái)進(jìn)行最小值濾波操作，這樣會(huì)導(dǎo)致在邊緣區(qū)域求得的透射率不準(zhǔn)確，這是因?yàn)檫吘墔^(qū)域所在的局部窗口中可能會(huì)受到某個(gè)像素點(diǎn)的連累而導(dǎo)致最終復(fù)原的圖像在邊緣區(qū)域產(chǎn)生光暈現(xiàn)象。本發(fā)明在求取粗略透射率圖時(shí)，將邊緣區(qū)域和非邊緣區(qū)域分別處理，自適應(yīng)選擇窗口大小，在邊緣區(qū)域縮小局部窗口的尺寸，盡可能求得準(zhǔn)確的透射率值，而在非邊緣區(qū)域采用較大的尺寸，這樣可使求得的透射率圖在邊緣處更為準(zhǔn)確，有效的避免復(fù)原圖像中邊緣區(qū)域出現(xiàn)光暈的現(xiàn)象。