專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于暗通道信息的圖像去霧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于暗通道信息的單幅圖像去霧處理方法。
背景技術(shù)：
霧天圖像恢復(fù)是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)榻?jīng)典的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法往往假設(shè)輸入圖像是物體表面反射光，針對(duì)某些有霧圖像，這些方法的數(shù)學(xué)模型不可避免的會(huì)在一定程度上失效，從而影響最終的圖像去霧效果。因此，研究霧天圖像成像退化模型和去霧方法具有重要的意義。針對(duì)單幅霧天圖像，現(xiàn)有的圖像去霧方法通常是基于霧天圖像的先驗(yàn)信息規(guī)律。典型的方法有Tan方法(局部對(duì)比度最大化方法)、Fattal方法(基于獨(dú)立成分分析的場(chǎng)景 反照率和透射率估計(jì)方法)和He方法(基于暗通道先驗(yàn)信息的圖像去霧方法)。Tan方法是基于先驗(yàn)信息——無(wú)霧圖像的對(duì)比度往往比有霧圖像的對(duì)比度要高，通過(guò)算法處理使有霧圖像的局部區(qū)域的對(duì)比度達(dá)到最大，以達(dá)到圖像去霧的目的，但恢復(fù)的圖像對(duì)比度往往很高，容易造成圖像紋理細(xì)節(jié)信息的淹沒(méi)；Fattal方法的先驗(yàn)信息是假設(shè)環(huán)境光分量和物體表面的反射光分量是不相關(guān)的，以此估計(jì)出物體表面反射光分量，但恢復(fù)出的圖像往往失真度較高；He方法選用一個(gè)尺度參數(shù)計(jì)算彩色圖像中對(duì)應(yīng)尺度窗口中像素各分量的最小值，并將此值作為暗通道先驗(yàn)信息，然后通過(guò)暗通道先驗(yàn)信息估算場(chǎng)景的深度信息，將深度信息結(jié)合大氣散射模型估算場(chǎng)景的透射率，再通過(guò)軟摳圖方法優(yōu)化估算的場(chǎng)景透射率，最后根據(jù)優(yōu)化的場(chǎng)景透射率和估算的大氣光照向量A= [Ixy (R)，Ixy (G)，Ixy⑶]，進(jìn)行圖像的去霧處理。雖然He方法恢復(fù)出的圖像去霧質(zhì)量較為理想，但只考慮了一個(gè)尺度參數(shù)，且采用運(yùn)算極為復(fù)雜軟摳圖優(yōu)化方法來(lái)估計(jì)場(chǎng)景的透射系數(shù)，計(jì)算量會(huì)隨著圖像尺寸的增大呈現(xiàn)出幾何級(jí)增加，在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上很難做到對(duì)霧天圖像去霧的實(shí)時(shí)處理，難以運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供了一種降低去霧處理運(yùn)算復(fù)雜度、處理效率高，去霧處理的圖像質(zhì)量較高、能滿足實(shí)時(shí)處理應(yīng)用的需求的基于暗通道信息的圖像去霧方法。本發(fā)明的一種基于暗通道信息的圖像去霧方法，包括下列步驟SI、將輸入圖像I (X)轉(zhuǎn)換到RGB色彩空間，計(jì)算各像素點(diǎn)在RGB色彩空間中各色彩通道的最小值，得到輸入圖像I(X)的初始暗通道統(tǒng)計(jì)值DCtl(I)；S2、按尺度Ni統(tǒng)計(jì)所述DCtl(I)的暗通道信息，得到輸入圖像I (X)在不同尺度隊(duì)下的暗通道統(tǒng)計(jì)值(/)，其中i = I,…，n，所述η為大于等于I的自然數(shù)；并對(duì)/>&(/)進(jìn)行高斯濾波處理，高斯尺度取為Ni,得到高斯平滑暗通道統(tǒng)計(jì)值DQwj (/);S3、對(duì)所述DCtl⑴、η個(gè)￡>0^(/)進(jìn)行加權(quán)平均處理，得到加權(quán)平均處理后的暗通道統(tǒng)計(jì)值DC(I);并對(duì)所述DC(I)進(jìn)行歸一化處理，處理結(jié)果記為DCn(I)；S4、根據(jù)步驟S3得到的DCJI)輸入圖像I (X)得到大氣光照向量A=[Ixy(R), Ixy(G), Ixy(B)];取數(shù)值I與所述DCn⑴的差為場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T ;S5、根據(jù)場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T和大氣光照向量A對(duì)輸入圖像I(X)進(jìn)行圖像去霧處理。本發(fā)明首先對(duì)輸入圖像I (X)的各色彩通道采用最小值濾波器計(jì)算出各個(gè)像素點(diǎn)的最小值，得到初始暗通道統(tǒng)計(jì)值DCtl(I),本發(fā)明的DCtl(I)為下一步計(jì)算不同的尺度參數(shù)(或尺度窗口)下的暗通道信息提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的輸入量，能有效避免重復(fù)的像素分量取最小值的操作處理，以減小不同尺度參數(shù)下的暗通道信息的計(jì)算復(fù)雜度；接著基于該DCtl(I)計(jì)算不同尺度參數(shù)Ni的暗通道信息K'., (/)，可以僅計(jì)算一個(gè)尺度參數(shù)，也可以計(jì)算多個(gè)尺度參數(shù)，基于計(jì)算復(fù)雜度的考慮，通常計(jì)算3個(gè)不同尺度參數(shù)的暗通道統(tǒng)計(jì)值；接著對(duì)各尺度參數(shù)對(duì)應(yīng)的CO進(jìn)行高斯平滑濾波處理，得到Dfex (/);再對(duì)DCtl (I)、η個(gè)DC呵(/)按 照權(quán)值向量m=[mQ，In1, m2,…，mn]進(jìn)行平均加權(quán)處理后得到DC(I)，并將DC(I)歸一化到[O, I]范圍內(nèi)，取值為DCn(I)，通過(guò)DCn(I)計(jì)算得到本發(fā)明的場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T，避免了現(xiàn)有的復(fù)雜的軟摳圖優(yōu)化步驟來(lái)得到場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T ;最后，再基于場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T和大氣光照向量A=[Ixy(R)，Ixy(G)，Ixy(B)]實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入圖像的去霧處理，經(jīng)去霧處理計(jì)算處
理后獲得無(wú)霧圖像J(X)，具體的去霧計(jì)算處理既可以是現(xiàn)有的He方法中的去霧處理模型
,..fix) - A{ \ - ma\(7\x)J0)) x j = max(7(v)/|) (He 對(duì)去中，t0 白勺 o.i),
和/修正的去霧計(jì)算處理操作。本發(fā)明的去霧方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有簡(jiǎn)化了運(yùn)算處理的復(fù)雜度，并行化高等優(yōu)點(diǎn)，能滿足實(shí)時(shí)處理應(yīng)用的需要。進(jìn)一步的，為了給步驟S2中計(jì)算加權(quán)透射率提供不同精細(xì)度的透射率參數(shù)，得到更優(yōu)的去霧處理效果，所述步驟S2中，對(duì)各尺度參數(shù)對(duì)應(yīng)的暗通道統(tǒng)計(jì)值/)(’、.(/)，進(jìn)行高斯濾波處理可具體為
Ni N1DCaV (Z) = X Y ^ — mask(/,k) _ win — dark — Λ'.(/,A,)
' J=I k=l上述處理公式中，高斯掩模g_mask(j，k)是邊長(zhǎng)為Ni的高斯平滑濾波器，所述win.dark.Ni (j, k)是在(/)中以像素點(diǎn)(j, k)為中心，尺度為Ni的窗口。同時(shí)，為了進(jìn)一步保證去霧處理后的圖像的亮度，本發(fā)明對(duì)大氣光照向量的計(jì)算進(jìn)行了修正，即所述步驟S4中，還包括對(duì)所述大氣光照向量A [Ixy (R)，Ixy (G)，Ixy⑶]進(jìn)行修正處理的操作，修正后的大氣光照向量為[C1, C1, C1]，其中C1取Ixy (R)、Ixy (G)和IxJB)中的最大值。為了保證去霧處理后的圖像中的天空區(qū)域不出現(xiàn)過(guò)度增強(qiáng)現(xiàn)象，即避免去霧處理后的圖像的天空部分出現(xiàn)強(qiáng)烈的光暈現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)論證，發(fā)現(xiàn)將透射系數(shù)全局最小值h的取值限定在O. 25、. 35能有效的避免光暈現(xiàn)象，因而在去霧處理中淘汰了 He方法中慣用的取h為O. I做法，即本發(fā)明對(duì)He方法中的去霧處理模型進(jìn)行了修正，具體為所述步驟S5中，圖像去霧處理具體為設(shè)定透射系數(shù)全局最小值h，所述h的取值為O. 25、. 35 (優(yōu)選的，h取為O. 3);取場(chǎng)景透射系數(shù)T(X)與h兩者中的最大項(xiàng)為T(mén)max，即Tfflax=max(T(x),t0);經(jīng)去霧處理
權(quán)利要求
1.一種基于暗通道信息的圖像去霧方法，其特征在于，包括下列步驟 51、將輸入圖像I(X)轉(zhuǎn)換到RGB色彩空間，計(jì)算各像素點(diǎn)在RGB色彩空間中各色彩通道的最小值，得到輸入圖像I(X)的初始暗通道統(tǒng)計(jì)值DCtl(I)； 52、按尺度Ni統(tǒng)計(jì)所述DCtl(I)的暗通道信息，得到輸入圖像I(X)在不同尺度Ni下的暗通道統(tǒng)計(jì)值其中i = I,…，n，所述η為大于等于I的自然數(shù)；并對(duì)￡>&(/)進(jìn)行高斯濾波處理，高斯尺度取為Ni，得到高斯平滑暗通道統(tǒng)計(jì)值(I); 53、對(duì)所述DCtl(I) ,n ^DCgx (/)進(jìn)行加權(quán)平均處理，得到加權(quán)平均處理后的暗通道統(tǒng)計(jì)值DC(I);并對(duì)所述DC(I)進(jìn)行歸一化處理，處理結(jié)果記為DCn(I)； 54、根據(jù)步驟S3得到的DCJI)、輸入圖像I(X)得到大氣光照向量A=[Ixy(R), Ixy(G), Ixy(B)];取數(shù)值I與所述DCn⑴的差為場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T ; 55、根據(jù)場(chǎng)景透射系數(shù)矩陣T和大氣光照向量A對(duì)輸入圖像I(X)進(jìn)行圖像去霧處理。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，對(duì)進(jìn)行高斯濾波處理具體為
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中，還對(duì)所述大氣光照向量A[Ixy(R), Ixy(G), Ixy(B)]進(jìn)行修正處理，修正后的大氣光照向量為[C1, C1, C1]，其中C1取Ixy (R)、Ixy (G)和 Ixy(B)中的最大值。
4.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S5中，圖像去霧處理具體為 設(shè)定透射系數(shù)全局最小值h，所述h的取值為O. 25、. 35，取場(chǎng)景透射系數(shù)T(X)與所述h兩者中的最大項(xiàng)為T(mén)max,經(jīng)去霧處理
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S5中，圖像去霧處理具體為 設(shè)定透射系數(shù)全局最小值h，所述h的取值為O. 25、. 35，取場(chǎng)景透射系數(shù)T(X)與所述h兩者中的最大項(xiàng)為T(mén)max,經(jīng)去霧處理
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，設(shè)定透射率調(diào)整系數(shù)^，所述h的取值為I. (Tl. 3，所述無(wú)霧圖像
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，設(shè)定透射率調(diào)整系數(shù)^，所述h的取值為I.(Tl. 3，所述無(wú)霧圖像
8.如權(quán)利要求4、5、6或7所述方法，其特征在于，所述透射系數(shù)全局最小值h的取值為 O. 3。
9.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，η的取值為3。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述DCc^I)和Wf,的加值依次為0.7.0，1，0，1,0.全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于暗通道信息的圖像去霧方法，屬于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出的方法首先對(duì)輸入圖像的各色彩通道采用最小值濾波器計(jì)算出各個(gè)像素點(diǎn)的最小值，接著計(jì)算不同尺度參數(shù)下的圖像暗通道統(tǒng)計(jì)值，并對(duì)各尺度參數(shù)對(duì)應(yīng)的暗通道統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行高斯平滑濾波，將濾波后的暗通道統(tǒng)計(jì)值根據(jù)不同的尺度參數(shù)分配不同的權(quán)重值，通過(guò)對(duì)按通道統(tǒng)計(jì)值的加權(quán)優(yōu)化計(jì)算出場(chǎng)景的透射系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的去霧處理，本發(fā)明的應(yīng)用，能避免復(fù)雜的軟摳圖優(yōu)化步驟，去霧處理的運(yùn)算復(fù)雜度，去霧處理的圖像質(zhì)量高、且能滿足實(shí)時(shí)處理應(yīng)用的需求。
文檔編號(hào)G06T5/50GK102968772SQ201210511068
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王正寧, 許林峰, 曾遼原, 劉光輝, 李宏亮, 黃敏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)