一種視頻圖像海霧去除清晰化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于視頻圖像增強(qiáng)領(lǐng)域，具體涉及一種將幀差法背景估計(jì)和基于邊緣檢測的快速單幅海霧去除算法相結(jié)合的用于海上航行器快速視頻圖像海霧去除清晰化系統(tǒng)的視頻圖像海霧去除清晰化方法。本發(fā)明包括：獲取海霧視頻圖像；單幀海霧圖像的去霧清晰化；視頻圖像海霧去除清晰化。本發(fā)明適用于所有海上航行器，能夠大大提高海上航行器的視覺系統(tǒng)在海霧下性能。運(yùn)算速度快，在海面場景下能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻圖像海霧清晰化處理；相對其他算法具有良好的邊緣保持效果；具有去霧效果明顯，圖像恢復(fù)效果好的特點(diǎn)，作為視覺系統(tǒng)的前期處理，能有效提高后期目標(biāo)檢測、跟蹤和識(shí)別的性能。
【專利說明】一種視頻圖像海霧去除清晰化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視頻圖像增強(qiáng)領(lǐng)域，具體涉及一種將幀差法背景估計(jì)和基于邊緣檢測的快速單幅海霧去除算法相結(jié)合的用于海上航行器快速視頻圖像海霧去除清晰化系統(tǒng)的視頻圖像海霧去除清晰化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]視頻圖像海霧去除技術(shù)屬于圖像增強(qiáng)技術(shù)，目的是為了增強(qiáng)其視覺效果，讓處理后的視頻或圖像達(dá)到圖像清晰度高、對比度好、目標(biāo)容易識(shí)別。我國海域遼闊，海岸線漫長，海霧一年四季都可能出現(xiàn)，視頻圖像去霧技術(shù)是海面船只可見光視覺傳感器對周圍環(huán)境信息進(jìn)行采集和監(jiān)控的重要部分，其在軍事上和民用上都有著很大的應(yīng)用前景。
[0003]海霧是海面低層大氣中一種水蒸汽凝結(jié)的天氣現(xiàn)象，因它能反射各種波長的光，故常呈乳白色。由于水汽的增加以及溫度的降低，近海面的空氣逐漸達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)，這時(shí)，水汽以微細(xì)鹽粒等吸濕性微粒為核心不斷凝結(jié)成細(xì)小的水滴、冰晶或兩者的混合物，懸浮在海面以上幾米、幾十米乃至幾百米低空；當(dāng)凝結(jié)的水滴增大、數(shù)量增多，使天空呈現(xiàn)灰白色、能見度進(jìn)一步降低時(shí)，便形成霧。
[0004]海霧是影響航海安全的主要天氣現(xiàn)象，每年因海霧帶來不良能見度從而造成的船舶碰撞、觸礁、擱淺等海損、海難事故常常發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單在日本近海發(fā)生的840次海損事故中，直接與海霧有關(guān)的就達(dá)270次之多。1955年5月11日，“紫云丸”號與“第三宇高丸”號在日本瀨戶內(nèi)海松沖海面霧中相撞，“紫云丸”沉沒，乘客800余人中，死亡168人。除此以外，“白龍尾”號輪船遭難事故也令人記憶猶新。在軍事上，則可用于海霧場景下的視頻目標(biāo)檢測、跟蹤和識(shí)別的前期處理，提高艦船對于不同環(huán)境的適應(yīng)能力。因此這項(xiàng)工作對于海域海灣、港口的監(jiān)測與海洋運(yùn)輸、捕魚的監(jiān)管以及軍事戰(zhàn)爭中判別危險(xiǎn)所在等都有著很廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]目前的圖像去霧或增強(qiáng)技術(shù)常用于公路和航運(yùn)交通場景，現(xiàn)有的研究算法也大多應(yīng)用于陸地場景，專門針對海霧場景的去霧算法還不多見，直接利用現(xiàn)有的陸地場景去霧算法處理海霧的效果也不盡如人意。
[0006]相對于陸地場景而言，海霧場景下的圖片的主要特征如下:
[0007](I)海霧場景下圖像主要由天空區(qū)域、海面區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域組成，目標(biāo)主要是船只、島嶼或海上的橋等，其中遠(yuǎn)景下天空區(qū)域和海面區(qū)域較大，而目標(biāo)區(qū)域很小，近景下目標(biāo)區(qū)域較大；
[0008](2)海霧的濃度往往比較大，而且一般霧還不均勻；
[0009](3)海霧場景背景簡單，但常常伴有海浪的影響，比陸地視頻監(jiān)控背景復(fù)雜；
[0010](4)海霧場景下細(xì)節(jié)、色彩等沒有陸地場景豐富。
[0011]對于陸上圖像去霧而言，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了許多相關(guān)算法。其中國外著名的研究機(jī)構(gòu)中，美國國家航空航天局(NASA)的Langley研究中心(LRC)深入研究基于鄰域(surround-based)的Retinex算法,對霧、煙、水下和夜晚圖像進(jìn)行增強(qiáng),并將其算法嵌入DSP便攜式圖像增強(qiáng)視覺系統(tǒng)中，處理分辨率為256*256的灰度圖像可達(dá)到30幀/s，基本滿足實(shí)時(shí)性的要求，但一旦圖像數(shù)據(jù)變大，則很難滿足實(shí)時(shí)性的要求了 ；哥倫比亞大學(xué)的計(jì)算機(jī)視覺實(shí)驗(yàn)室研究如何利用不同天氣條件下同一場景的多幅圖像來恢復(fù)清晰圖像。在國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)中，微軟亞洲研究院與香港中文大學(xué)信息工程系的多媒體實(shí)驗(yàn)室合作，研究基于數(shù)據(jù)假設(shè)的單幅圖像去霧方法。但這些方法對于陸地場景且薄霧環(huán)境下去霧效果不錯(cuò)，用于海霧場景則效果不是特別明顯，而且這些算法去霧都會(huì)存在一定的邊緣模糊現(xiàn)象和holo效應(yīng)，若使用雙邊濾波或聯(lián)合雙邊濾波進(jìn)行邊緣保持，雖然會(huì)在一定程度上減少邊緣模糊的效果，但其會(huì)造成計(jì)算量大幅增加的情況。而且目前研究的去霧方法大多都是針對單幅圖像去霧而言，直接用于視頻幀的去霧則很難滿足實(shí)時(shí)性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)算速度快、去霧效果明顯、能有效提高后期目標(biāo)檢測、跟蹤和識(shí)別的性能的視頻圖像海霧去除清晰化方法。
[0013]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0014](I)獲取海霧視頻圖像:
[0015]利用安裝在各類船上的可見光攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集；
[0016](2)單幀海霧圖像的去霧清晰化:
[0017](2.1)強(qiáng)度分量提取:
[0018]強(qiáng)度分量I為:
[0019]I (x, y) = (Sr (x, y) +Sg (x, y) +Sb (x, y)) /3
[0020]I (x, y)表示在圖片(x，y)位置處的強(qiáng)度值，&、Sg、Sb分別表示為原海霧圖的紅色、綠色和藍(lán)色分量；
[0021](2.2)邊緣檢測:
[0022]采用canny算子進(jìn)行邊緣檢測；
[0023](2.3)估計(jì)亮度分量:
[0024]利用基于邊緣信息的高斯濾波器對原強(qiáng)度分量進(jìn)行高斯濾波，令canny邊緣檢測后的圖片為Iedge，邊緣檢測后的圖片中邊緣表示為白色，值為1，非邊緣為黑色，值為0，對原始圖片中非邊緣區(qū)域進(jìn)行高斯濾波得到估計(jì)的亮度分量，首先得到原海霧圖像中含有邊緣的對應(yīng)區(qū)域:
[0025]Ledge (x, y) = I (x, y).Iedge (x, y)
[0026]需要經(jīng)過高斯平滑的非邊緣區(qū)為:
[0027]In_edge(x，y) = (1-1edge (x, y)).I (x, y)
[0028]經(jīng)過基于邊緣的高斯濾波平滑估計(jì)的亮度圖像為:
[0029]L (X，y) = Ledge (x, y) +In_edge (x, y) *G (x, y)
[0030]其中G(x，y)為高斯函數(shù)，且
【權(quán)利要求】
1.一種視頻圖像海霧去除清晰化方法，其特征在于: (1)獲取海霧視頻圖像: 利用安裝在各類船上的可見光攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集； (2)單幀海霧圖像的去霧清晰化: (2.1)強(qiáng)度分量提取: 強(qiáng)度分量I為:
I (x, y) = (Sr (x, y) +Sg (x, y) +Sb (x, y)) /3 I (x, y)表示在圖片(x，y)位置處的強(qiáng)度值，&、Sg、Sb分別表示為原海霧圖的紅色、綠色和藍(lán)色分量； (2.2)邊緣檢測: 采用canny算子進(jìn)行邊緣檢測； (2.3)估計(jì)亮度分量: 利用基于邊緣信息的高斯濾波器對原強(qiáng)度分量進(jìn)行高斯濾波，令canny邊緣檢測后的圖片為Iwte，邊緣檢測后的圖片中邊緣表示為白色，值為1，非邊緣為黑色，值為O，對原始圖片中非邊緣區(qū)域進(jìn)行高斯濾波得到估計(jì)的亮度分量，首先得到原海霧圖像中含有邊緣的對應(yīng)區(qū)域:
Ledge (χ.y) = I (χ, y).W (x，y) 需要經(jīng)過高斯平滑的非邊緣區(qū)為:
(x，y)=(卜 W (x，y)).i(x，y) 經(jīng)過基于邊緣的高斯濾波平滑估計(jì)的亮度圖像為:
L (X，y) = Ledge (X，y) +In_edge (x, y) *G (x, y)

其中G(x, y)為高斯函數(shù),且
【文檔編號】H04N5/21GK103903230SQ201410123351
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】馬忠麗, 文杰, 劉宏達(dá), 何晨迪 申請人:哈爾濱工程大學(xué)