一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，特別涉及一種面向非均勻云霧條件下的遙感圖 像去霧的計(jì)算機(jī)圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在遙感成像的過(guò)程中，光輻射不僅僅依賴(lài)于觀測(cè)目標(biāo)，同時(shí)它還受到大氣中的各 種氣體和氣溶膠粒子的吸收和散射影響。成像過(guò)程中不可避免的大氣干擾，通常會(huì)導(dǎo)致成 像質(zhì)量的退化，尤其是基于衛(wèi)星、平流層、航空平臺(tái)的光學(xué)遙感對(duì)地觀測(cè)（特別是側(cè)擺、傾 斜拍攝）情況下，成像距離非常遠(yuǎn)從而使得大氣光學(xué)厚度增加，導(dǎo)致捕獲圖像的對(duì)比度、色 彩飽和度下降，目標(biāo)細(xì)節(jié)信息丟失，從而大大降低景物的可識(shí)別度。因此，為了從圖像中獲 得更多有用的信息，必須進(jìn)行圖像的復(fù)原操作，補(bǔ)償大氣造成的退化影響。
[0003] 針對(duì)大氣云霧造成的圖像退化的問(wèn)題，目前一般采用基于霧圖形成模型的圖像去 霧算法。而目前主流的霧圖退化模型沒(méi)有考慮景物目標(biāo)到達(dá)成像相機(jī)前的長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程 中，由于大氣粒子、氣溶膠、空氣湍流等大氣散射造成的鄰近效應(yīng)對(duì)圖像帶來(lái)的卷積退化影 響，同時(shí)目前主流模型是基于成像過(guò)程中大氣是均勻分布的假設(shè)。而側(cè)擺、傾斜拍攝使得遙 感圖像的成像視場(chǎng)大，從而導(dǎo)致了非均勻大氣云霧對(duì)圖像退化造成影響，使得目前主流的 圖像去霧方法無(wú)法獲取理想的圖像恢復(fù)效果。因此如何有效應(yīng)對(duì)光學(xué)遙感對(duì)地觀測(cè)（特別 是側(cè)擺、傾斜拍攝）情況下而造成的圖像退化問(wèn)題，是當(dāng)前的重要需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠降低非均勻云霧對(duì)成像圖像的大氣退 化影響，提高圖像的對(duì)比度和清晰度，增加圖像細(xì)節(jié)，圖像去霧效果好的非均勻云霧大氣退 化圖像去霧方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括如下步驟：
[0006] (1)輸入一副有霧遙感圖像，進(jìn)行非均勻云霧預(yù)處理，獲取霧氣影響均勻的退化圖 像。
[0007] (2)通過(guò)基本去霧算法獲取均勻退化圖像的透過(guò)率和天光值。
[0008] (3)根據(jù)所述的透過(guò)率利用廣義高斯分布求解出圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
[0009] (4)利用上述求得的天光值，退化圖像透過(guò)率和圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，結(jié)合大氣 多次散射圖像退化模型，獲取最終的去霧圖像。
[0010] 所述步驟1)中的詳細(xì)步驟包括：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其特征在于該方法包括以下步驟： (1) 輸入一副有霧遙感圖像，進(jìn)行非均勻云霧預(yù)處理，獲取霧氣影響均勻的退化圖像； (2) 通過(guò)基本去霧算法獲取均勻退化圖像的透過(guò)率和天光值； (3) 根據(jù)所述的透過(guò)率利用廣義高斯分布求解出圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)； (4) 利用上述求得的天光值，退化圖像透過(guò)率和圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，結(jié)合大氣多次 散射圖像退化模型，獲取最終的去霧圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其特征在于： 所述步驟1)中的詳細(xì)步驟包括： a) 輸入圖像進(jìn)行傅里葉變換，獲取其頻譜，并構(gòu)建如下低通濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處 理：
式中H(u，v)是濾波器函數(shù)，u，v是頻率坐標(biāo)，〇 ^是截止頻率；濾波輸出的非均勻云霧 背景如下：
其中8。1(^是初步估計(jì)的非均勻云層背景圖像，I是輸入圖像，y和分別是傅里葉 變換和傅里葉反變換兩個(gè)運(yùn)算符； b) 對(duì)初步估計(jì)的非均勻云層背景圖像進(jìn)行對(duì)比度擴(kuò)展，調(diào)整公式如下：
其中
是調(diào)整公式的閾值，maxU和minU分別 是初步估計(jì)的非均勻云層背景圖像的最大值和最小值，而匕，匕和A是調(diào)整公式的參量； c) 利用調(diào)整后的非均勻云霧背景，實(shí)現(xiàn)非均勻云霧預(yù)處理，獲取霧氣影響均勻的退化 圖像： I' (x,y) =I(x,y)-Bcl0Ud(x,y)+offset (4) 其中I'（x，y)完成預(yù)處理后的結(jié)果圖，offset是防止負(fù)值出現(xiàn)的補(bǔ)償常量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其特征在于： 所述步驟2)中的詳細(xì)步驟包括： a)在步驟1中的預(yù)處理結(jié)果基礎(chǔ)上，依據(jù)暗原色先驗(yàn)知識(shí)提取圖像的暗通道：
其中IdaA為獲取的圖像暗通道，廠表示圖像的紅綠藍(lán)通道分量，Q(x)表示以x像素位 置為中心的局部鄰域； b) 將輸入圖從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換到HSI色彩空間，并從上述的圖像暗通道中提取部分 最亮點(diǎn)的位置，其所對(duì)應(yīng)的I通道最大值的位置為天光值的取值位置，選取原圖相應(yīng)位置 的RGB色彩值作為本圖的天光值A(chǔ); c) 根據(jù)暗原色通道的性質(zhì)對(duì)于無(wú)霧區(qū)域其值接近于0 ;因此圖像初始透過(guò)率計(jì)算如 下：
其中t'為計(jì)算得到的初始透過(guò)率，《是常數(shù)系數(shù)，f為天光值的通道分量； d) 根據(jù)（L+AU)t' =At，對(duì)初始透過(guò)率進(jìn)行優(yōu)化，其中入是修正參數(shù)，U是與L大小 相同的單位矩陣，L是軟摳圖拉普拉斯矩陣，如下：
其中h是克羅內(nèi)克函數(shù)，《k是圖像I在（i，j)的鄰域，而yk和〇 k分別是該鄰域 像素的均值和方差，而I?I是鄰域內(nèi)的像素?cái)?shù)，Wu是導(dǎo)向?yàn)V波器的濾波核函數(shù)；因此利用 導(dǎo)向?yàn)V波器和輸入圖像以及初始透過(guò)率可以快速估計(jì)優(yōu)化后的透過(guò)率t。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其特征在于： 所述步驟3)中利用廣義的高斯分布結(jié)合獲取的透過(guò)率圖像來(lái)計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)區(qū)域的大氣點(diǎn) 擴(kuò)散函數(shù)，其式如下：
其中x，y為圖像坐標(biāo)位置，r(.)是伽馬函數(shù)，. p和 ， 〇為和大氣參量，分別計(jì)算如下： p=kT (9)
式中T為大氣光學(xué)厚度，依據(jù)透過(guò)率和大氣光學(xué)厚度關(guān)系t= 解算而出，k是參數(shù) 常量，q為前向散射因子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其特征在于： 所述步驟4)中的大氣多次散射圖像退化模型如下：
其中I為非均勻云霧處理后的有霧圖像，A和t為步驟2中獲得的天光值和透過(guò)率圖 像；而大氣天光光學(xué)厚度值為-log(1-t)，利用該值獲取大氣天光點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)APSFa，計(jì)算出 圖像退化模型中的天光部分；因此：
利用維納濾波結(jié)合步驟3中獲取的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行最終的去霧
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種非均勻云霧條件下的遙感圖像去霧方法，其實(shí)施步驟如下：（1）輸入一副有霧遙感圖像，進(jìn)行非均勻云霧預(yù)處理，獲取霧氣影響均勻的退化圖像；（2）通過(guò)基本去霧算法獲取均勻退化圖像的透過(guò)率和天光值；（3）根據(jù)所述的透過(guò)率利用廣義高斯分布求解出圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；（4）利用上述求得的天光值，退化圖像透過(guò)率和圖像的大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，結(jié)合大氣多次散射圖像退化模型，獲取最終的去霧圖像。本發(fā)明針對(duì)非均勻云霧造成的遙感圖像退化問(wèn)題，利用圖像信息來(lái)實(shí)現(xiàn)非均勻云霧去除，并從圖像上獲取圖像透過(guò)率，求解大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，最終利用大氣多次散射圖像模型實(shí)現(xiàn)了圖像最終去霧，提高了圖像的對(duì)比度和清晰度，增加圖像細(xì)節(jié)。
【IPC分類(lèi)】G06T7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104574412
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510031574
【發(fā)明人】林光, 馮華君, 徐之海, 李奇, 陳躍庭
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日