基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及城市交通、視頻監(jiān)控、智能車輛、導航控制、目標跟蹤和地形勘測領域， 具體設及單幅圖像快速去霧方法。
【背景技術】
[0002] 霧霸是一種常見的自然現(xiàn)象，它是由懸浮在大氣中的大量微小水滴、氣溶膠等顆 粒的作用產(chǎn)生的。由于懸浮顆粒對光線的吸收、散射和折射等作用，導致圖像中目標的對比 度降低、飽和度下降和色調(diào)偏移，直接限制和影響了各種戶外視覺系統(tǒng)效用的發(fā)揮。霧天降 質(zhì)圖像的清晰化處理對提高戶外視覺系統(tǒng)的可靠性和魯椿性具有重要意義，其中單幅圖像 去霧已成為圖像去霧領域的研究熱點。針對圖像去霧，人們提出了各種方法，具體來說可W 分為兩類：圖像增強方法和圖像復原方法。圖像增強處理不考慮退化原因，通過突出圖像中 某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息，實現(xiàn)圖像去霧。該類方法WRetinex算法為 代表，但不能實現(xiàn)真正意義上的去霧。圖像復原通過分析霧化圖像降質(zhì)機理，建立圖像散射 模型，充分利用圖像退化的先驗知識或假設，實現(xiàn)場景復原。相比而言，利用圖像復原的方 法具有內(nèi)在的優(yōu)越性?；诎翟闰灥膱D像去霧，揭示了圖像的本質(zhì)特征，具有很好的去 霧效果，但對諸如天空、白云等不存在暗原色的明亮區(qū)域，復原結(jié)果會出現(xiàn)明顯的顏色失 真，且采用的軟樞圖方法具有較高的時間和空間復雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 為了克服上述【背景技術】的缺陷，本發(fā)明提供一種基于暗原色先驗和Retinex理論 的圖像快速去霧法，旨在提高復原圖像的清晰度和對比度，增強復原圖像的顏色，同時有效 提高圖像去霧方法的運算速度。
[0004] 為了解決上述技術問題本發(fā)明的所采用的技術方案為：
[0005] -種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，包括W下步驟：步驟一， 獲取簡化的大氣散射模型；步驟二，從原始大氣散射模型獲取介質(zhì)傳輸率初始估計值，從步 驟一所得的簡化大氣散射模型獲取介質(zhì)傳輸率粗略估計值，將介質(zhì)傳輸率初始估計值和介 質(zhì)傳輸率粗略估計值進行像素級融合，得到介質(zhì)傳輸率的最終估計值；步驟=，將步驟二所 得的介質(zhì)傳輸率的最終估計值代入步驟一所得的簡化大氣散射模型進行圖像復原，獲得去 霧圖像。
[0006] 較佳地，所述步驟一獲取簡化的大氣散射模型的方法包括W下步驟：首先計算大 氣光估計值，然后將大氣光估計值代入大氣散射模型，最后對大氣光照進行白平衡處理，得 到簡化的大氣散射模型。
[0007] 較佳地，所述計算大氣光估計值的具體方法為；首先利用暗原色先驗知識，通過 灰度開運算確定大氣光的值域范圍，然后對值域范圍內(nèi)大氣光利用區(qū)間估計的方法進行計 算，即得到大氣光的估計值。
[000引較佳地，所述步驟二中介質(zhì)傳輸率初始估計值是利用暗原色先驗知識對原始大 氣散射模型進行灰度開運算得到的；介質(zhì)傳輸率粗略估計值是利用Retinex理論，對步驟 一所得的簡化的大氣散射模型進行高斯卷積運算得到的。
[0009] 較佳地，對所述介質(zhì)傳輸率初始估計值和介質(zhì)傳輸率粗略估計值進行像素級融合 后還包括對其結(jié)果進行邊緣優(yōu)化的步驟。
[0010] 較佳地，所述邊緣優(yōu)化利用快速聯(lián)合雙邊濾波方法進行。
[0011] 較佳地，在所述邊緣優(yōu)化的步驟之后還包括對霧化圖像中大片天空區(qū)域的介質(zhì)傳 輸率進行動態(tài)修正的步驟，統(tǒng)計介質(zhì)傳輸率圖像中像素值小于0. 1的像素點的個數(shù)記為n， 統(tǒng)計介質(zhì)傳輸率圖像的像素點總數(shù)記為N，Wn/N作為介質(zhì)傳輸率的下限值。
[0012] 較佳地，在發(fā)生極端情況時對所述介質(zhì)傳輸率的下限值進行限定，限定表達式為 min虹ax(n/N，0. 1)，0. 3]，所述極端情況包括整幅圖片都是天空區(qū)域或亮度區(qū)域的情況。
[0013] 較佳地，所述步驟=中圖像復原之后還包括對圖像進行色調(diào)調(diào)整的步驟。
[0014] 本發(fā)明的有益效果在于；該方法結(jié)合了圖像增強和圖像復原的思想，充分利用圖 像增強和圖像復原的特點，通過圖像融合的方式，提高了介質(zhì)傳輸率的估計精度；實際的計 算過程中，該方法只需對霧化圖像中明亮區(qū)域的面積進行估計，從而確定灰度開運算的半 徑，而無其他調(diào)節(jié)參數(shù)，提高了算法的自動化程度和運算速度，并且對于灰度開運算的半徑 具有較大的可容忍誤差，方法魯椿性好。本發(fā)明提出的方法具有很快的運算速度，且能有效 提高復原圖像的清新度和對比度，同時獲得較好的圖像顏色，在城市交通、視頻監(jiān)控和智 能車輛等領域具有廣泛的前景和應用價值。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明實施例的總體流程圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例獲取介質(zhì)傳輸率的最終估計值的流程圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明實施例原始圖像，
[0018] 圖4為本發(fā)明實施例初始介質(zhì)傳輸率估計圖像，
[0019] 圖5為本發(fā)明實施例粗略介質(zhì)傳輸率估計圖像，
[0020] 圖6為本發(fā)明實施例介質(zhì)傳輸率融合圖像，
[0021] 圖7為本發(fā)明實施例介質(zhì)傳輸率雙邊濾波圖像，
[0022] 圖8為本發(fā)明實施例介質(zhì)傳輸率動態(tài)修正圖像，
[0023] 圖9為本發(fā)明實施例初始的去霧圖像，
[0024] 圖10為本發(fā)明實施例經(jīng)色調(diào)調(diào)整所得最終的去霧圖像。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0026] 一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法（圖1)，本實施例對有霧 圖像（圖3)進行如下處理，具體包括W下步驟：
[0027] 步驟S1，獲取簡化的大氣散射模型，包括W下步驟：
[002引步驟S11，計算大氣光估計值，具體方法為：首先利用暗原色先驗知識，通過灰度 開運算確定大氣光的值域范圍，然后對值域范圍內(nèi)大氣光利用區(qū)間估計的方法進行計算， 即得到大氣光的估計值。
[0029] 大氣光值A的估計：
[0030]
[0031]
【主權項】
1. 一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一，獲取簡化的大氣散射模型； 步驟二，從原始大氣散射模型獲取介質(zhì)傳輸率初始估計值，從步驟一所得的簡化大氣 散射模型獲取介質(zhì)傳輸率粗略估計值，將介質(zhì)傳輸率初始估計值和介質(zhì)傳輸率粗略估計值 進行像素級融合，得到介質(zhì)傳輸率的最終估計值； 步驟三，將步驟二所得的介質(zhì)傳輸率的最終估計值代入步驟一所得的簡化大氣散射模 型進行圖像復原，獲得去霧圖像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于，所述步驟一獲取簡化的大氣散射模型的方法包括以下步驟：首先計算大氣光估 計值，然后將大氣光估計值代入大氣散射模型，最后對大氣光照進行白平衡處理，得到簡化 的大氣散射模型。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于，所述計算大氣光估計值的具體方法為：首先利用暗原色先驗知識，通過灰度開運 算確定大氣光的值域范圍，然后對值域范圍內(nèi)大氣光利用區(qū)間估計的方法進行計算，即得 到大氣光的估計值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于：所述步驟二中介質(zhì)傳輸率初始估計值是利用暗原色先驗知識對原始大氣散射模 型進行灰度開運算得到的；介質(zhì)傳輸率粗略估計值是利用Retinex理論，對步驟一所得的 簡化的大氣散射模型進行高斯卷積運算得到的。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于：對所述介質(zhì)傳輸率初始估計值和介質(zhì)傳輸率粗略估計值進行像素級融合后還包 括對其結(jié)果進行邊緣優(yōu)化的步驟。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于：所述邊緣優(yōu)化利用快速聯(lián)合雙邊濾波方法進行。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于：在所述邊緣優(yōu)化的步驟之后還包括對霧化圖像中大片天空區(qū)域的介質(zhì)傳輸率進 行動態(tài)修正的步驟，統(tǒng)計介質(zhì)傳輸率圖像中像素值小于0. 1的像素點的個數(shù)記為n，統(tǒng)計介 質(zhì)傳輸率圖像的像素點總數(shù)記為N，以n/N作為介質(zhì)傳輸率的下限值。
8. 根據(jù)權利要求7所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧 法，其特征在于：在發(fā)生極端情況時對所述介質(zhì)傳輸率的下限值進行限定，限定表達式為 min [max (n/N，0. 1)，0. 3]，所述極端情況包括整幅圖片都是天空區(qū)域或亮度區(qū)域的情況。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于暗原色先驗和Retinex理論的圖像快速去霧法，其 特征在于：所述步驟三中圖像復原之后還包括對圖像進行色調(diào)調(diào)整的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于暗原色先驗和Retinex理論的快速圖像去霧法，首先獲取簡化的大氣散射模型；然后獲取介質(zhì)傳輸率初始估計值和粗略估計值，進行像素級融合得到介質(zhì)傳輸率的最終估計值；最后將介質(zhì)傳輸率的最終估計值代入簡化大氣散射模型進行圖像復原獲得去霧圖像。本發(fā)明提出的方法具有很快的運算速度，且能有效提高復原圖像的清新度和對比度，同時獲得較好的圖像顏色，在城市交通、視頻監(jiān)控和智能車輛等領域具有廣泛的前景和應用價值。
【IPC分類】G06T5-00
【公開號】CN104867121
【申請?zhí)枴緾N201510309333
【發(fā)明人】楊杰, 劉海波, 吳正平, 鄧勇
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月8日