一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法

2023-11-02 20:37:27 1

一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法，其中包括如下步驟：一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法，首先按He方法對有霧圖像計算初始暗原色圖像，然後對初始暗原色圖像利用「邊緣替代法」進行修復處理，最後根據修復後的暗原色圖像估計出天空光並計算出透射圖，聯合透射圖、天空光以及原始有霧圖像恢復出無霧圖像。本發明具有較強的去霧能力且速度較快，能夠應用於一般實時系統中。
【專利說明】一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法

【技術領域】
[0001] 本發明為一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法，屬於數字圖像處理領域。

【背景技術】
[0002] 由於受到大氣中漂浮水滴對光的折射、反射、自身吸收和自身成像，使得視頻採集 系統在霧天時所捕獲的圖像對比度較低。
[0003] 當前主流的圖像去霧方法分為兩類：一類是圖像增強方法，通過對有霧圖像銳化 處理來提高對比度，經典算法有直方圖均衡和Retinex算法；另一類是基於大氣散射模型 的方法，通常情況下霧的濃度隨著場景深度而改變，因此單幅圖像去霧實質是一個病態問 題，但近年來單幅圖像去霧技術取得了較大的突破，大多利用了先驗知識進行去霧，尤其以 香港中文大學何凱明所提的暗原色先驗去霧方法最為有效，能夠應用於大多數的戶外圖像 (以下簡稱He方法，文獻下載地址http://research,microsoft.com/en-us/um/people/ kahe/publications/cvpr09.pdf)，該方法需要將計算得到的初始透射圖進行細化處理，即 對初始透射圖進行摳圖處理，但摳圖處理具有極高的時空複雜度，很大程度的阻礙了該算 法在現實中的應用。
[0004] 香港中文大學何凱明所提的暗原色先驗去霧方法雖然去霧效果較好，但該方法需 要將計算得到的初始透射圖進行細化處理，即對初始透射圖進行摳圖處理，但摳圖處理具 有極高的時空複雜度，很大程度的阻礙了該算法在現實中的應用。


【發明內容】

[0005] 技術方案：針對He方法中的透射圖細化法（摳圖處理）所需時間過長，不利於實 時系統的應用。本發明仍基於暗原色先驗理論，提供一種快速圖像去霧方法，即一種基於 邊緣替代法的去霧方法，該方法能夠對圖像與或視頻進行實時去霧，其核心思想是：摒棄了 He方法中對初始透射圖摳圖修復處理操作，而是對初始暗原色圖像利用"邊緣替代法"進行 修復處理，這樣不僅能夠有效的降低了計算複雜度，同時也提高了其去霧能力。本發明具體 流程如圖1所示，具體步驟如下：
[0006] 步驟一：獲取有霧圖像I;
[0007] 步驟二：按He方法對有霧圖像I進行最小操作得到初始暗原色圖像Idark(此時 最小操作方形鄰域邊長設置為15);
[0008] 步驟三：利用"邊緣替代法"修復初始暗原色圖像Idark，具體操作如下：
[0009] a)對初始暗原色圖像Idark利用sobel算子進行邊緣檢測（邊緣檢測門限Vedge 一般設為2. 5)，得到Idark中梯度變化最明顯的邊緣點，然後以這些邊緣點為中心，邊長為 r進行方形擴展。將Idark中的擴展部分的暗原色記為Iedge-dark，非擴展部分的暗原色 記為Inonedge-dark;
[0010]b)設P點為ledge-dark中的任意點，以P點為中心，邊長a=3的正方形區域作 為P點的暗原色匹配區域Scan ;
[0011]C)按He方法對匹配區域Scan中的所有點計算出匹配暗原色（此時最小操作方形 鄰域邊長設置為3)，得到匹配暗原色集合IP-Scan ;
[0012]d)在匹配暗原色集合IP-Scan中尋找與P點原始暗原色最接近的值，並將此值作 為P點的新暗原色。按此操作遍歷擴展部分ledge-dark中的所有暗原色，得到擴展部分的 新暗原色Inew-edge-dark;
[0013]e)對暗原色Inew-edge-dark利用雙邊濾波器進行邊緣保持濾波，旨在平滑掉 Inew-edge-dark中的紋理細節，但保留深度信息，濾波後得到Irefine-edge-dark。然 後將初始暗原色圖像Idark中的擴展部分的暗原色ledge-dark全部替換為新的暗原色 Irefine-edge-dark，得到修復後的暗原色圖像Irefine-dark;
[0014] 步驟四：統計出暗原色圖像Irefine-dark中前0.1 %強度較大的灰度值，並計算 出其均值，記為天空光A。根據天空光A與暗原色圖像Irefine-dark,按He方法計算出透 射圖t;
[0015] 步驟五：根據透射圖t、天空光A以及原始有霧圖像I，按He方法復原出無霧圖像 J0
[0016]有益效果
[0017] 本發明針對He方法去霧速度過慢，去霧力度不夠強，提出了一種新的去霧方法， 即一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法。圖3和圖4為He方法與本發明對圖2的去霧效 果，可以看出本發明的處理效果優於He方法，清晰度也更高。表1為兩種方法處理圖2所 需時間，與He方法相比，本發明去霧速度具有很大的優勢。仿真語言為matlab(R2010b)，運 行環境為WindowsXP，計算機配置為Intel(R)Pentium(R)CPUG203003.OOGHzwithl. 87GB RAM。
[0018] 表I去霧速度比較
[0019]

【權利要求】
1. 一種基於邊緣替代法的圖像去霧方法，其特徵在於有以下步驟： 步驟一：獲取有霧圖像I; 步驟二：按He方法對有霧圖像I進行最小操作得到初始暗原色圖像Idark，此時最小 操作方形鄰域邊長設置為15 ; 步驟三：利用"邊緣替代法"修復初始暗原色圖像Idark，具體操作如下： a) 對初始暗原色圖像Idark利用sobel算子進行邊緣檢測，邊緣檢測門限Vedge可以 設為2. 5,得到Idark中梯度變化最明顯的邊緣點，然後以這些邊緣點為中心，邊長為r進 行方形擴展；將Idark中的擴展部分的暗原色記為Iedge-dark，非擴展部分的暗原色記為 Inonedge-dark ； b) 設P點為ledge-dark中的任意點，以P點為中心，邊長a = 3的正方形區域作為P 點的暗原色匹配區域Scan ; c) 按He方法對匹配區域Scan中的所有點計算出匹配暗原色，此時最小操作方形鄰域 邊長設置為3,得到匹配暗原色集合IP-Scan ; d) 在匹配暗原色集合IP-Scan中尋找與P點原始暗原色最接近的值，並將此值作為P 點的新暗原色；按此操作遍歷擴展部分ledge-dark中的所有暗原色，得到擴展部分的新暗 原色 Inew-edge-dark ; e) 對暗原色Inew-edge-dark利用雙邊濾波器進行邊緣保持濾波，旨在平滑掉 Inew-edge-dark中的紋理細節，但保留深度信息，濾波後得到Iref ine-edge-dark ;然 後將初始暗原色圖像Idark中的擴展部分的暗原色ledge-dark全部替換為新的暗原色 Irefine-edge-dark，得到修復後的暗原色圖像Irefine-dark ; 步驟四：統計出暗原色圖像Irefine-dark中前0. 1%強度較大的灰度值，並計算出其 均值，記為天空光A ;根據天空光A與暗原色圖像Irefine-dark,按He方法計算出透射圖 t ； 步驟五：根據透射圖t、天空光A以及原始有霧圖像I，按He方法復原出無霧圖像J。
【文檔編號】G06T5/00GK104318519SQ201410506030
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】張登銀, 鞠銘燁 申請人:南京郵電大學