本發(fā)明涉及的是一種光視覺(jué)成像方法，尤其是一種uuv近海面可見(jiàn)光圖像的去霧方法。

背景技術(shù)：

中國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，海上天氣狀況復(fù)雜，由于海霧引起的船只碰撞事故屢見(jiàn)不鮮。光在大氣介質(zhì)中傳播時(shí)被懸浮顆粒折射或反射，導(dǎo)致安裝在海事浮標(biāo)或者uuv上的攝像機(jī)拍攝的視頻圖像中的大量特征被掩蓋，對(duì)比度下降，邊緣細(xì)節(jié)模糊，容易造成圖像內(nèi)容的誤判，從而對(duì)后續(xù)的目標(biāo)定位、識(shí)別與跟蹤造成影響。因此，海上光視覺(jué)圖像的去霧處理是一項(xiàng)實(shí)用且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

文獻(xiàn)《singleimagehazeremovalusingdarkchannelprior》(proceedingsofieeecvpr.miami，usa：ieeecomputersociety,2009:2341-2353)中提出了一種基于暗通道先驗(yàn)的去霧方法。首先利用最小值濾波粗估計(jì)出透射率，然后采用軟摳圖算法對(duì)透射率進(jìn)行細(xì)化，進(jìn)而恢復(fù)無(wú)霧圖像。但是，暗原色先驗(yàn)基于無(wú)霧圖像的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，如果目標(biāo)場(chǎng)景內(nèi)在就和大氣光類似，比如海面白色波浪、天空區(qū)域或明亮區(qū)域，由于前提條件不正確，導(dǎo)致在這些區(qū)域估計(jì)的透射率過(guò)小，引起恢復(fù)后的無(wú)霧圖像大面積失真或局部出現(xiàn)黑斑現(xiàn)象。因此，基于暗通道去霧的方法不能夠完全適應(yīng)水面霧天圖像。

文獻(xiàn)《fastvisibilityrestorationfromasinglecolororgraylevelimage》(proceedingsofieeeiccv,2009:2201–2208)中利用中值濾波的變形式估計(jì)大氣耗散函數(shù)，假設(shè)大氣耗散函數(shù)在可行域中逼近最大值，且局部變化平緩，提出一種快速圖像去霧方法。但是，中值濾波并非好的邊緣保持濾波方法。另有很多基于暗通道和霧天成像物理模型的改進(jìn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠較好地保留圖像邊緣，去霧程度好而且能夠克服天空光暈現(xiàn)象的uuv近海面可見(jiàn)光圖像去霧方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)獲取原始有霧圖像，求取三個(gè)顏色通道的最小值，記為m(x)；

(2)利用m(x)和四叉樹(shù)細(xì)分法的改進(jìn)方法求取全局大氣光；

(3)對(duì)m(x)進(jìn)行自適應(yīng)表面模糊；

(4)求出大氣散射函數(shù)；

(5)借助霧天成像物理模型求得無(wú)霧圖像并輸出。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述利用m(x)和四叉樹(shù)細(xì)分法的改進(jìn)方法獲取全局大氣光具體包括：

1)將圖像分為四個(gè)矩形區(qū)域；

2)求取各區(qū)域的平均像素值和方差，平均像素值減去方差視為各區(qū)域得分；

3)將得分最高的區(qū)域劃分為四個(gè)小區(qū)域；

4)重復(fù)步驟2)～3)，直到最高得分區(qū)域的面積小于預(yù)先設(shè)定的閾值st；

5)取該區(qū)域的最亮點(diǎn)，其像素值即為全局大氣光a。

2、所述對(duì)m(x)進(jìn)行自適應(yīng)表面模糊的具體包括：

自適應(yīng)表面模糊處理有兩個(gè)參數(shù)，半徑s和閾值t，半徑s決定模糊的范圍，閾值t決定模糊的程度，模糊的范圍就是卷積矩陣的大小，當(dāng)半徑為s時(shí)，模糊矩陣直徑為2s+1，矩陣元素個(gè)數(shù)為s*s，矩陣的中間元素即當(dāng)前的像素值，矩陣元素值的計(jì)算公式為：

其中t是閾值，wij為模板矩陣的元素值、也是權(quán)重，mij為圖像m(x)像素值，m0為模板矩陣中心的像素值；

然后對(duì)wij做預(yù)處理

wij＝max(1，wij)

根據(jù)卷積運(yùn)算，每一個(gè)像素通過(guò)模糊之后的值為：

當(dāng)模板矩陣中心的像素值m0＞a-50時(shí)，為明亮區(qū)域，模糊半徑s＝3，窗口大小為7*7；當(dāng)模板矩陣中心的像素值m0≤a-50時(shí)，對(duì)于局部暗區(qū)域，窗口半徑s＝1，采用3*3的窗口。

本發(fā)明的有益效果是：對(duì)三個(gè)顏色通道的最小值圖像進(jìn)行自適應(yīng)表面模糊。它與中值濾波、均值濾波等其他卷積處理手段不同，該方法每一個(gè)像素都有自己的卷積矩陣，能夠較好的保持目標(biāo)物體的邊緣，有利于后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別、定位和跟蹤。同時(shí)，為了克服濾波后局部偏暗的現(xiàn)象，借助全局大氣光粗略地將圖像分為暗區(qū)域和亮區(qū)域，分別使用不同的半徑進(jìn)行模糊處理。該發(fā)明去霧程度較好而且能夠克服天空光暈現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的原始可見(jiàn)光有霧圖像；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例取三個(gè)顏色通道最小值后的圖像m(x)；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例利用m(x)和四叉樹(shù)細(xì)分法的改進(jìn)方法獲取全局大氣光時(shí)的區(qū)域分割示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的m(x)經(jīng)自適應(yīng)表面模糊后的圖像；

圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的大氣散射函數(shù)的圖像；

圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的去霧圖像。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明了，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種uuv近海面可見(jiàn)光圖像去霧方法，包括以下步驟：

1.利用vs2010和opencv語(yǔ)言編程輸入并顯示uuv近海面可見(jiàn)光偵查圖像，記為i(x)，可見(jiàn)光圖像如圖2所示。對(duì)i(x)取三個(gè)顏色通道的最小值，記

圖像m(x)如圖3所示。

2.利用m(x)和四叉樹(shù)細(xì)分法的改進(jìn)方法獲取全局大氣光的步驟包括：

(1)將圖片分為四個(gè)矩形區(qū)域。

(2)求取各區(qū)域的像素平均值值和方差，平均像素值減去方差視為各區(qū)域得分。

(3)將得分最高的區(qū)域劃分為四個(gè)小區(qū)域。

(4)重復(fù)步驟(2)～(3)，直到最高得分區(qū)域的面積小于預(yù)先設(shè)定的閾值st。經(jīng)實(shí)驗(yàn)知，320*240的測(cè)試圖片，st＝5*3.75時(shí)，便可在迭代次數(shù)最少的情況下求得最亮點(diǎn)的坐標(biāo)。區(qū)域分割示意圖如圖4所示。

(5)取該區(qū)域的最亮點(diǎn)，其像素值即為全局大氣光a。

3.對(duì)m(x)進(jìn)行自適應(yīng)表面模糊的具體步驟包括：

自適應(yīng)表面模糊與中值濾波、均值濾波等卷積處理手段不同，該方法每一個(gè)像素都有自己的卷積矩陣。它主要有兩個(gè)參數(shù)，半徑s和閾值t，前者決定模糊的范圍，后者決定模糊的程度。模糊的范圍就是卷積矩陣的大小，當(dāng)半徑為s時(shí)，模糊矩陣直徑為2s+1，矩陣元素個(gè)數(shù)為s*s，矩陣的中間元素即當(dāng)前的像素值。矩陣元素值的計(jì)算公式為：

其中t是閾值，wij為模板矩陣的元素值，也是權(quán)重，mij為圖像m(x)像素值，m0為模板矩陣中心的像素值。然后對(duì)wij做一個(gè)預(yù)處理

wij＝max(1，wij)(3)

根據(jù)卷積運(yùn)算，每一個(gè)像素通過(guò)模糊之后的值為：

若整幅圖像均采用同一半徑進(jìn)行模糊處理，會(huì)發(fā)現(xiàn)去霧后圖像邊緣處，細(xì)節(jié)過(guò)于突出，有“毛刺”現(xiàn)象，像素間過(guò)渡不自然，并且濾波后圖像某些區(qū)域會(huì)產(chǎn)生黑色斑塊。這是由于在強(qiáng)度變化的邊緣，若某像素點(diǎn)強(qiáng)度值低，但窗口內(nèi)絕大多數(shù)像素值強(qiáng)度較大，模糊后該點(diǎn)取較大強(qiáng)度值。因此，對(duì)于強(qiáng)度值較低的局部暗區(qū)域，防止該點(diǎn)強(qiáng)度值因?yàn)榇翱趦?nèi)其他像素點(diǎn)被過(guò)度放大，將原濾波半徑減小。因此，借助全局大氣光a粗略地將整幅圖像劃分為亮區(qū)域與暗區(qū)域。當(dāng)模板矩陣中心的像素值m0＞a-50時(shí)，為明亮區(qū)域，模糊半徑s＝3，窗口大小為7*7；當(dāng)模板矩陣中心的像素值m0≤a-50時(shí)，對(duì)于局部暗區(qū)域，窗口半徑s＝1，采用3*3的窗口，減小邊緣區(qū)域像素被過(guò)度放大的現(xiàn)象，去除黑斑效應(yīng)。m(x)經(jīng)自適應(yīng)表面模糊后的圖像mblur(x)如圖5所示。

4.求出大氣散射函數(shù)的具體步驟包括：

首先，求m(x)所有元素的均值ave。遍歷圖像m(x)的像素值，width和height分別為圖像的長(zhǎng)和寬，然后利用公式

求出均值ave。ave與帶霧圖像的整體灰度相關(guān)，起到了自適應(yīng)調(diào)節(jié)亮度的作用。

為了讓復(fù)原效果更加穩(wěn)定，適應(yīng)不同場(chǎng)景，故引入調(diào)節(jié)參數(shù)ρ且ρ·ave。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，

ρ＝c時(shí)去霧效果最好。為了保證濾波后的結(jié)果得到補(bǔ)償，為正值且不能過(guò)小，取上限為0.9，得大氣散射函數(shù)

l(x)＝min{min(ρ·ave，0.9)·mblur(x)，m(7)

大氣散射函數(shù)的圖像如6所示。

5.借助霧天成像物理模型求得無(wú)霧圖像并輸出的具體步驟包括：

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，根據(jù)米氏散射原理，霧天成像物理模型可表式為:

i(x)＝j(luò)(x)·t(x)+a(1-t(x)(8)

其中i(x)為觀察到的有霧圖像；j(x)為恢復(fù)的無(wú)霧圖像；a表示全局大氣光；t(x)為大氣透射率，表示場(chǎng)景中物體反射的光線沒(méi)有發(fā)生散射而直接傳輸?shù)綌z像機(jī)的比例。從式(8)可以看出大氣散射模型由2項(xiàng)組成：第一項(xiàng)為入射光衰減模型，表示物體表面反射的光線在空氣中傳播衰減后的輻射強(qiáng)度；第二項(xiàng)為大氣耗散函數(shù)，表示大氣環(huán)境中其他光線對(duì)成像所產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致圖像色彩和亮度的偏移。其中，大氣耗散函數(shù)l(x)還可以表示為

l(x)＝a(1-t(x))(9)

則(8)式可以改寫(xiě)為

從有霧圖像i(x)中估計(jì)出出全局大氣光a和大氣耗散函數(shù)l(x)后，公式(10)變形為

便能恢復(fù)出清晰的無(wú)霧圖像j(x)并輸出，無(wú)霧如圖7所示。