一種自然圖像去霧方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種自然圖像去霧方法和系統(tǒng)。確定圖像F(x)在像素點(diǎn)x上的暗通道，圖像F(x)由大氣光A和物體光R(x)線性疊加而成，其傳輸系數(shù)為t∈[0,1]；計(jì)算大氣光A和A在暗通道上的值A(chǔ)c；根據(jù)暗通道特性，將物體光R(x)置0，計(jì)算傳輸系數(shù)t(x)；根據(jù)圖像F(x)、已計(jì)算出的大氣光A和傳輸系數(shù)t(x)，計(jì)算物體光R(x)，即無霧圖像。本發(fā)明的算法復(fù)雜度低，處理速度快。
【專利說明】一種自然圖像去霧方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自然圖像去霧方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 因安全防范越來越受到國家、社會(huì)和個(gè)人的重視，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展起來，在 平安城市、行業(yè)應(yīng)用、家庭和個(gè)人等方面應(yīng)用廣泛。視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由前端攝像頭、傳輸、 存儲(chǔ)、平臺(tái)、客戶端等組成。借助強(qiáng)大的計(jì)算能力，智能視頻監(jiān)控可以幫助人們?cè)诤Ａ繑?shù)據(jù) 中提取關(guān)鍵信息，節(jié)約人力，并且為各種各樣的應(yīng)用的發(fā)展提供了可能。
[0003] -般的，智能視頻監(jiān)控要求前端攝像頭采集到清晰的視頻圖像。而現(xiàn)實(shí)中，由于霧 霾等客觀的自然條件的限制，圖像清晰度大打折扣。在霧天，大氣中懸浮的大量微小水滴， 氣溶膠的散射作用，使水平能見度顯著降低，從而導(dǎo)致成像傳感器采集的圖像嚴(yán)重降質(zhì)，這 極大地影響和限制了戶外系統(tǒng)的功能。場(chǎng)景的能見度降低，圖像中目標(biāo)對(duì)比度和顏色等特 征被衰減，系統(tǒng)無法正常工作，因此需要在視頻圖像中消除霧氣對(duì)場(chǎng)景圖像的影響。
[0004] 霧天圖像復(fù)原也稱為去霧。圖像去霧技術(shù)的主要任務(wù)是去除天氣因素對(duì)圖像質(zhì)量 的影響，從而增強(qiáng)圖像的可見度。圖像去霧算法主要分為兩種類型：基于物理模型的方法和 非模型方法。
[0005] 早期的非模型的去霧算法是用簡(jiǎn)單的圖像處理方法改變對(duì)比度，如直方圖均衡化 和對(duì)比度拉升等。由于能見度具有指數(shù)衰減特性，因此這些方法并不能取得很好的去霧效 果。非模型方法還包括基于小波和基于大氣調(diào)制傳遞方程的方法。例如基于小波算法對(duì)多 幅霧天圖像進(jìn)行融合來獲得一張較好的圖像，但這種方法只能相對(duì)地提高圖像質(zhì)量，并不 能實(shí)現(xiàn)真正意義上的去霧。也可以通過最大化局部差異度來恢復(fù)圖像的色彩對(duì)比，在某些 處理場(chǎng)上獲得了良好地效果，但該方法并不符合真實(shí)的物理模型，在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 相比之下，基于物理模型的方法卻能夠取得較為理想的去霧效果。一些學(xué)者利用 McCanney提出的大氣散射模型，通過對(duì)霧天場(chǎng)景建模解決霧天圖像問題，包括從霧天的圖 像中粗略估計(jì)場(chǎng)景點(diǎn)的深度，并繪制完整的場(chǎng)景深度圖，以及利用模型來對(duì)霧天圖像去霧 等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于以上，本發(fā)明提出一種自然圖像去霧方法和系統(tǒng)。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明一方面，提出一種自然圖像去霧方法，包括：確定圖像F(X)在像素點(diǎn)X 上的暗通道c，其中，c是紅（R)、綠（G)、藍(lán)（B)三個(gè)通道之一，圖像F(X)由大氣光A和物體 光RU)線性疊加而成，其傳輸系數(shù)為te [0，1];計(jì)算大氣光A和A在暗通道上的值Αε;根 據(jù)暗通道特性，將物體光RU)置0,計(jì)算傳輸系數(shù)t(x);根據(jù)圖像F(x)、已計(jì)算出的大氣光 A和傳輸系數(shù)t (X)，計(jì)算物體光R(X)，即無霧圖像。
[0009] 優(yōu)選地，計(jì)算無霧圖像的邊緣梯度；當(dāng)梯度大于梯度閾值時(shí)，記錄此像素點(diǎn)為邊緣 點(diǎn)，增大該邊緣點(diǎn)的梯度，并保持顏色信息。
[0010] 優(yōu)選地，根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定像素點(diǎn)χ上的暗通道；或者，在像素點(diǎn)及其χ鄰域中，找 到R、G、B分別最小的像素點(diǎn)，然后再找到R、G、B三個(gè)通道中最小的通道，將該通道確定為 暗通道，鄰域是指以像素點(diǎn)χ為中心的nXn個(gè)像素點(diǎn)，η為奇數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，在選定的暗通道，取圖像F(X)中設(shè)定比例之前的亮度的像素，將該像素 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原圖的像素點(diǎn)的亮度記為Α。
[0012] 優(yōu)選地，對(duì)于存在大片天空區(qū)域的圖片，將霧較濃的區(qū)域?qū)?yīng)的原圖像素點(diǎn)取平 均值作為大氣光A在選定的暗通道上的值，霧較濃的區(qū)域是指?jìng)鬏斚禂?shù)大于傳輸系數(shù)閾值 的區(qū)域。
[0013] 優(yōu)選地，設(shè)定比例為0· 1%。
[0014] 優(yōu)選地，圖像F(χ) =R(χ) t (χ)+A(1-t (χ))，根據(jù)該公式計(jì)算物體光R(X)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提出一種自然圖像去霧系統(tǒng)，包括：暗通道確定單元，配 置于確定圖像F(X)在像素點(diǎn)χ上的暗通道c，其中，c是紅（R)、綠（G)、藍(lán)（B)三個(gè)通道之 一，圖像F(X)由大氣光A和物體光R(X)線性疊加而成，其傳輸系數(shù)為te [0，1];大氣光計(jì) 算單元，配置于計(jì)算大氣光A和A在暗通道上的值M ;傳輸系數(shù)計(jì)算單元，配置于根據(jù)暗通 道特性，將物體光RU)置0,計(jì)算傳輸系數(shù)t(x);物體光計(jì)算單元，配置于根據(jù)圖像F(x)、 已計(jì)算出的大氣光A和傳輸系數(shù)t (χ)，計(jì)算物體光R(X)，即無霧圖像。
[0016] 優(yōu)選地，邊緣增強(qiáng)單元，配置于計(jì)算無霧圖像的邊緣梯度；當(dāng)梯度大于梯度閾值 時(shí),記錄此像素點(diǎn)為邊緣點(diǎn),增大該邊緣點(diǎn)的梯度,并保持顏色信息。
[0017] 優(yōu)選地，暗通道確定單元根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定像素點(diǎn)X上的暗通道；或者，在像素點(diǎn) X及其鄰域中，找到R、G、B分別最小的像素點(diǎn)，然后再找到R、G、B三個(gè)通道中最小的通道， 將該通道確定為暗通道，鄰域是指以像素點(diǎn)χ為中心的nXn個(gè)像素點(diǎn)，η為奇數(shù)。
[0018] 優(yōu)選地，大氣光計(jì)算單元在選定的暗通道，取圖像F(X)中設(shè)定比例之前的亮度的 像素，將該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原圖的像素點(diǎn)的亮度記為A。
[0019] 優(yōu)選地,大氣光計(jì)算單元對(duì)于存在大片天空區(qū)域的圖片，將霧較濃的區(qū)域?qū)?yīng)的 原圖像素點(diǎn)取平均值作為大氣光A在選定的暗通道上的值，霧較濃的區(qū)域是指?jìng)鬏斚禂?shù)大 于傳輸系數(shù)閾值的區(qū)域。
[0020] 優(yōu)選地，設(shè)定比例為0· 1%。
[0021] 優(yōu)選地，圖像F(χ) =R(χ) t (χ)+A(1-t (χ))，物體光計(jì)算單元根據(jù)該公式計(jì)算物體光 R(X)。
[0022] 現(xiàn)有技術(shù)的非模型方法只是相對(duì)提高了圖像質(zhì)量，并不是真正意義上的去霧。本 發(fā)明基于物理模型，通過挖掘R、G、B三個(gè)通道的信息，得到去霧后的圖像。與其他基于物理 模型的方法相比，本發(fā)明的算法復(fù)雜度低，處理速度快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0024] 圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例中的一種自然圖像去霧方法流程圖。
[0025] 圖2所示為本發(fā)明一實(shí)施例中的一種自然圖像去霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例的架構(gòu)圖。
[0027] 圖4 (a)所示為本發(fā)明一實(shí)施例中的有霧圖像，圖4 (b)所示為本發(fā)明一實(shí)施例 中的去霧后的圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具 體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0029] 同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際 的比例關(guān)系繪制的。
[0030] 以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明 及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0031] 對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適 當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。
[0032] 在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不 是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。
[0033] 應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一 個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0034] 圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例中的一種自然圖像去霧方法流程圖。該方法包括以下 步驟：
[0035] 步驟1，確定圖像F(X)在像素點(diǎn)X上的暗通道c，其中，c是R、G、B (R、G、B代表 紅、綠、藍(lán)）三個(gè)通道之一，圖像F(X)由大氣光A和物體光R(X)線性疊加而成，其傳輸系數(shù) 為 t e [0, 1]。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，去霧方法基于大氣散射模型，假設(shè)圖像F(X)為：F(X)=R(X) t (X) +A (1-t (X))，并基于該公式進(jìn)行之后的計(jì)算。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解，該 公式只是用于舉例，可以據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的變化或者修改，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0037] 對(duì)于單幅輸入的圖像，只有F(X)是已知的，這是一個(gè)欠約束問題。為了得到R(X)， 必須做一些先驗(yàn)假設(shè)，這些假設(shè)給F(X)增加了額外的約束條件?；谶@些約束條件，我們 可以解出上述公式中的各個(gè)未知量，從而實(shí)現(xiàn)去霧。因此，如何增加合理的約束條件，直接 關(guān)系著去霧方法的好壞。
[0038] 在本發(fā)明中，我們提出一種暗通道特性假設(shè)。暗通道特性假設(shè)無霧圖像R(X)在除 天空以外的區(qū)域，在像素點(diǎn)X及其鄰域中，找到R、G、B (R、G、B代表紅、綠、藍(lán)，分別表示三 個(gè)通道）分別最小的像素點(diǎn)，然后再找到R、G、B三個(gè)通道中最小的通道，將該通道確定為暗 通道，該通道值應(yīng)該是接近于0的。即，給定R通道，找到X及其鄰域中R通道值最小的像 素點(diǎn)；給定G通道，找到X及其鄰域中G通道最小的像素點(diǎn)；給定B通道，找到X及其鄰域中 B通道值最小的像素點(diǎn)。然后在找出的R、G、B三個(gè)通道中選出這三個(gè)中最小的通道值，應(yīng) 該是接近于〇的。
[0039] 鄰域是指以像素點(diǎn)X為中心的nXn個(gè)像素點(diǎn)，η為奇數(shù)。例如，像素點(diǎn)的3X3鄰 域是指以像素點(diǎn)為中心，且加上該像素點(diǎn)共有9個(gè)像素點(diǎn)。選擇在像素點(diǎn)及其鄰域中統(tǒng)計(jì)， 是為了避免該像素點(diǎn)處有噪點(diǎn)時(shí)該像素點(diǎn)的值不準(zhǔn)確，從而不能準(zhǔn)確的找到暗通道。
[0040] 其中，還可以根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定在像素點(diǎn)X上的暗通道。
[0041] 步驟2,計(jì)算大氣光A和A在暗通道c上的值A(chǔ)e。
[0042] 在選定的暗通道，取圖像F(X)中設(shè)定比例之前的亮度的像素，將該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 原圖的像素點(diǎn)的亮度記為A。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)定比例可以為0. 1%。
[0043] 圖像在保存時(shí)已采集有三個(gè)通道的像素值，例如R、G、B，當(dāng)然不限于R、G、B，也可 以是其他的通道信息，但可以轉(zhuǎn)換為R、G、B通道值。在確定暗通道之后，采集該像素點(diǎn)上的 暗通道c的值記為M。例如，確定暗通道為R通道，采集該像素點(diǎn)上的R通道的值，即為Α ε。 類似的，在確定暗通道之后，直接采集該暗通道上的圖像，即得到F(X)。
[0044] 選擇設(shè)定比例之前的亮度的像素是為了克服部分像素點(diǎn)可能因?yàn)樵肼暟l(fā)生畸變， 例如，在圖像采集、傳輸?shù)冗^程中引入噪聲產(chǎn)生畸變，從而使得亮度特別高，但這并不是真 實(shí)的亮點(diǎn)。
[0045] 進(jìn)一步，對(duì)于存在大片天空區(qū)域的圖片，將霧較濃的區(qū)域?qū)?yīng)的原圖像素點(diǎn)取平 均值作為大氣光A在選定的暗通道上的值，即Α%從而對(duì)A e的估計(jì)方法進(jìn)行了修正，這在一 定程度上改善了去霧效果。霧較濃的區(qū)域是指?jìng)鬏斚禂?shù)大于傳輸系數(shù)閾值的區(qū)域。例如， 傳輸系數(shù)閾值為〇. 15。其中，傳輸系數(shù)可以通過先驗(yàn)知識(shí)獲得，或者由步驟3計(jì)算后進(jìn)行反 饋。
[0046] 步驟3,根據(jù)暗通道特性，將物體光R(X)置0,計(jì)算傳輸系數(shù)t(x)。艮Ρ，

【權(quán)利要求】
1. 一種自然圖像去霧方法，其特征在于： 確定圖像F(x)在像素點(diǎn)x上的暗通道c，其中，c是紅（R)、綠（G)、藍(lán)（B)三個(gè)通道之 一，圖像F(x)由大氣光A和物體光R(x)線性疊加而成，其傳輸系數(shù)為t e [0，1]; 計(jì)算大氣光A和A在暗通道上的值A(chǔ)e ; 根據(jù)暗通道特性，將物體光R(x)置〇,計(jì)算傳輸系數(shù)t(x); 根據(jù)圖像F(x)、已計(jì)算出的大氣光A和傳輸系數(shù)t (x)，計(jì)算物體光R(x)，即無霧圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 計(jì)算無霧圖像的邊緣梯度； 當(dāng)梯度大于梯度閾值時(shí)，記錄此像素點(diǎn)為邊緣點(diǎn)，增大該邊緣點(diǎn)的梯度，并保持顏色信 肩、。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定像素點(diǎn)x上的暗通道；或者 在像素點(diǎn)及其x鄰域中，找到R、G、B分別最小的像素點(diǎn)，然后再找到R、G、B三個(gè)通道 中最小的通道，將該通道確定為暗通道，鄰域是指以像素點(diǎn)x為中心的nXn個(gè)像素點(diǎn)，n為 奇數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 在選定的暗通道，取圖像F(x)中設(shè)定比例之前的亮度的像素，將該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原圖 的像素點(diǎn)的亮度記為A。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 對(duì)于存在大片天空區(qū)域的圖片，將霧較濃的區(qū)域?qū)?yīng)的原圖像素點(diǎn)取平均值作為大氣 光A在選定的暗通道上的值，霧較濃的區(qū)域是指?jìng)鬏斚禂?shù)大于傳輸系數(shù)閾值的區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 設(shè)定比例為0. 1%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述自然圖像去霧方法，其特征在于： 圖像F (x) =R (x) t (x)+A (1-t (x))，根據(jù)該公式計(jì)算物體光R (x)。
8. -種自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 暗通道確定單元，配置于確定圖像F(x)在像素點(diǎn)x上的暗通道c，其中，c是紅（R)、綠 (G)、藍(lán)（B)三個(gè)通道之一，圖像F(x)由大氣光A和物體光R(x)線性疊加而成，其傳輸系數(shù) 為 t G [〇, 1]; 大氣光計(jì)算單元，配置于計(jì)算大氣光A和A在暗通道上的值f ; 傳輸系數(shù)計(jì)算單元，配置于根據(jù)暗通道特性，將物體光R(x)置0,計(jì)算傳輸系數(shù)t(x); 物體光計(jì)算單元，配置于根據(jù)圖像F (x)、已計(jì)算出的大氣光A和傳輸系數(shù)t (x)，計(jì)算物 體光R(x)，即無霧圖像。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 邊緣增強(qiáng)單元，配置于計(jì)算無霧圖像的邊緣梯度；當(dāng)梯度大于梯度閾值時(shí)，記錄此像素 點(diǎn)為邊緣點(diǎn)，增大該邊緣點(diǎn)的梯度，并保持顏色信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 暗通道確定單元根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定像素點(diǎn)x上的暗通道；或者 在像素點(diǎn)x及其鄰域中，找到R、G、B分別最小的像素點(diǎn)，然后再找到R、G、B三個(gè)通道 中最小的通道，將該通道確定為暗通道，鄰域是指以像素點(diǎn)X為中心的nXn個(gè)像素點(diǎn)，n為 奇數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 大氣光計(jì)算單元在選定的暗通道，取圖像F(x)中設(shè)定比例之前的亮度的像素，將該像 素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原圖的像素點(diǎn)的亮度記為A。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 大氣光計(jì)算單元對(duì)于存在大片天空區(qū)域的圖片，將霧較濃的區(qū)域?qū)?yīng)的原圖像素點(diǎn)取 平均值作為大氣光A在選定的暗通道上的值，霧較濃的區(qū)域是指?jìng)鬏斚禂?shù)大于傳輸系數(shù)閾 值的區(qū)域。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 設(shè)定比例為0. 1%。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述自然圖像去霧系統(tǒng)，其特征在于： 圖像F (x) =R (x) t (x)+A (1-t (x))，物體光計(jì)算單元根據(jù)該公式計(jì)算物體光R (x)。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104424623SQ201310361596
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】來勐, 傅慧源, 馬華東, 曹寧, 許正鋒, 張園 申請(qǐng)人:中國電信股份有限公司