專利名稱：圖像除霧裝置和圖像除霧方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像除霧裝置、一種圖像除霧方法以及一種圖像處理系統。
背景技術：
中國地理環境復雜，天氣多樣，霧天在大多數地區經常可見，而且個別地區還會受到沙塵天氣的影響。霧與沙塵天氣降低了戶外視頻圖像的能見度。另外，在大型城市中，由于空氣質量的問題，戶外視頻圖像的能見度也會降低。能見度的降低對于視頻圖像的質量產生較大影響。特別是對于安防監控領域，影響更加明顯。霧化圖像清晰化是圖像處理領域中的迫切的實用需求。同時最近幾年基于單幀圖像的除霧技術的突破使得霧化圖像除霧處理成為計算機視覺領域越來越重要的研究方向。目前，霧化圖像清晰化方法主要有兩個方向:基于一般圖像增強方法的除霧算法和基于大氣模型的除霧算法。屬于基于一般圖像增強方法的除霧算法的有直方圖均值、空間銳化濾波、高頻加強濾波、小波增強、Retinex增強濾波等等。這些算法以增強圖像的對比度和能見度為出發點并且與除霧沒有直接關系，對于由低照明等原因引起的視頻圖像能見度降低等問題也可以進行處理。在2002年，由NARASIMAHAN等人在論文“Vision and theAtmosphere”中首次提出了基于大氣模型的除霧清晰化方法。這類方法在最近幾年取得技術突破，主要是由Fattal, Kaiming He等人提出了一些新的算法,在僅僅單巾貞圖像的情況下，除霧效果遠遠優于一般圖像增強的除霧方法。大氣物理模型描述了當大氣中具有懸浮顆粒時攝像裝置拍攝或人眼觀察物體的光學原理。大氣模型的公式為:I(X) = J(X) t (X)+A (1-t (X))(I)其中，I (X)代表攝像裝置拍攝到的霧化圖像或者人眼觀察到的霧化圖像，X = (X，y)為圖像像素坐標。J(X)為物體反射光圖像，表示沒有霧的圖像，或者可以說是除霧處理的結果圖像。A為圖像中天空的一點(以下也稱作“天空點”)的RGB值，以下也稱作天空點參數。如果當前輸入圖像中沒有天空存在，則將圖像中霧濃度最強的點視作天空點。t(X)定義了空氣介質的傳輸函數，描述了物體反射光經過空中懸浮顆粒的散射以后殘留下來而達攝像裝置的比例。t(X)是一個大于O且小于I的標量數據，圖像中每個像素具有一個t (X)。I⑴、J (X)與A均為圖像RGB的矢量數據。以下參照
圖1說明式(I)。圖1是大氣模型公式的示意圖。圖1左側的圖像是人眼或攝像裝置觀察到的圖像I(X)。圖像I (X)由兩部分組成，其中，第一部分為物體反射光J(X)經過空中懸浮顆粒散射以后存留下來的部分J(X)t(X)，第二部分為空中懸浮顆粒散射太陽光所造成的大氣環境光A(l-t(X))。式(I)中的t(X)是被攝物體與攝像裝置(人眼)之間距離(即物距)的函數，具體表示為
t(X) = e_0d(x)(2)其中，cKX)是圖像中一物體點與攝像裝置(人眼)之間的距離，因此t(X)也稱作“距離參數”。β是大氣散射系數，是常數。
由式(I)與式(2)可以看出物體反射光到達攝像裝置的強度J(X)t(X)和物體與攝像裝置之間的距離d(x)成反比，距離越遠，則光線衰減越厲害；大氣環境光到達攝像裝置的強度A(l-t(x))與距離d(X)成正比，距離越遠，光線越強，所以在無窮遠處呈現出白色。最近幾年，基于大氣模型公式(I)的除霧算法取得突破，這些算法僅需單幀圖像作為輸入圖像就能取得不錯的除霧效果。在表I中列舉了一些相關算法。表I基于大氣模型的除霧算法
權利要求
1.一種圖像除霧裝置，所述圖像除霧裝置用于對輸入圖像進行除霧處理，所述圖像除霧裝置包括: 預處理單元，其用于將所述輸入圖像歸類為核心幀或者普通幀，所述輸入圖像的各像素具有取決于物距的距離參數； 核心幀參數求取單元，其用于求取所述核心幀的各像素的距離參數以及所述核心幀的背景圖像的各像素的距離參數； 普通幀參數求取單元，其用于求取所述普通幀的各像素的距離參數； 圖像除霧單元，其利用由所述核心幀參數單元求出的距離參數對所述核心幀進行除霧處理，以及利用由所述普通幀參數求取單元得到的距離參數對所述普通幀進行除霧處理，其中，所述普通幀參數求取單元將所述普通幀分割為背景部分和前景部分，使所述背景部分的每個像素的距離參數等于前一核心幀的背景圖像的相應像素的距離參數，使所述前景部分的每個像素的距離參數等于所述前景部分與所述背景部分的邊界上的像素的距離參數的特征值。
2.根據權利要求1所述的圖像除霧裝置，其特征在于，所述圖像除霧裝置還包括: 核心幀參數存儲單元，其用于存儲所述核心幀的背景圖像的各像素的距離參數。
3.根據權利要求1或2所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述預處理單元在連續的圖像序列中以固定的間隔選擇所述核心幀。
4.根據權利要求1或2所述的圖像除霧裝置，其特征在于，通過所述普通幀的圖像與所述普通幀的背景圖像相減得到所述普通幀的前景部分。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述普通幀參數求取單元選擇背景部分邊界作為所述邊界，其中，所述背景部分邊界位于所述背景部分上并且與所述前景部分相鄰； 所述普通幀參數求取單元求取所述背景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值，并將所述最大值作為所述特征值。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述普通幀參數求取單元選擇前景部分邊界作為所述邊界，其中，所述前景部分邊界位于所述前景部分上并且與所述背景部分相鄰； 所述普通幀參數求取單元求取所述前景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值或者平均值或者中值，并將所述最大值或者所述平均值或者所述中值作為所述特征值。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述普通幀參數求取單元判斷所述前景部分的平均物距和所述背景部分的平均物距的差別是否小于一個預給定的閾值: 所述普通幀參數求取單元在所述差別小于所述閾值的情況下選擇背景部分邊界作為所述邊界，其中，所述背景部分邊界位于所述背景部分上并且與所述前景部分相鄰；所述普通幀參數求取單元還求取所述背景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值，并將所述最大值作為所述特征值； 所述普通幀參數求取單 元在所述差別不小于所述閾值的情況下選擇前景部分邊界作為所述邊界，其中，所述前景部分邊界位于所述前景部分上并且與所述背景部分相鄰；所述普通幀參數求取單元求取所述前景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值或者平均值或者中值，并將所述最大值或者所述平均值或者所述中值作為所述特征值。
8.根據權利要求7所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述普通幀參數求取單元計算所述前景部分的各個像素的粗略距離參數并且計算所有粗略距離參數的平均值作為所述前景部分的平均物距； 所述普通幀參數求取單元計算所述背景部分或者所述背景與所述前景部分相鄰的子區域的各個像素的粗略距離參數并且計算所有粗略距離參數的平均值作為所述背景部分的平均物距。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述核心巾貞參數求取單元還求取所述核心巾貞的天空點參數，并且所述普通巾貞參數求取單元使所述普通巾貞的天空點參數等于由所述核心巾貞參數求取單元求取的所述核心巾貞的天空點參數。
10.一種圖像除霧方法，所述圖像除霧方法對輸入圖像進行除霧處理，所述圖像除霧方法包括以下方法步驟: 將所述輸入圖像歸類為核心幀或者普通幀，所述輸入圖像的各像素具有取決于物距的距離參數； 求取所述核心幀的各像素的距離參數以及求取所述核心幀的背景圖像的各個像素的距離參數； 求取所述普通幀的各像 素的距離參數，其中，將所述普通幀分割為背景部分和前景部分，使所述背景部分的每個像素的距離參數等于前一核心幀的背景圖像的相應像素的距離參數以及使所述前景部分的每個像素的距離參數等于所述前景部分與所述背景部分的邊界上的像素的距離參數的特征值； 利用由所述核心幀參數單元求出的距離參數對所述核心幀進行除霧處理，以及利用由所述普通幀參數求取單元得到的距離參數對所述普通幀進行除霧處理。
11.根據權利要求10所述的圖像除霧方法，其特征在于，所述圖像除霧方法還包括以下步驟: 存儲所述核心幀的背景圖像的各像素的距離參數。
12.根據權利要求10或11所述的圖像除霧方法，其特征在于， 在連續的圖像序列中以固定的間隔選擇所述核心幀。
13.根據權利要求10或11所述的圖像除霧方法，其特征在于，通過所述普通幀的圖像與所述普通幀的背景圖像相減得到所述普通幀的前景部分。
14.根據權利要求10至13中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于， 選擇背景部分邊界作為所述邊界，其中，所述背景部分邊界位于所述背景部分上并且與所述前景部分相鄰； 求取所述背景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值，并將所述最大值作為所述特征值。
15.根據權利要求10至13中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于， 選擇前景部分邊界作為所述邊界，其中，所述前景部分邊界位于所述前景部分上并且與所述背景部分相鄰； 求取所述前景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值或者平均值或者中值，并將所述最大值或者所述平均值或者所述中值作為所述特征值。
16.根據權利要求10至13中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于， 判斷所述前景部分的平均物距和所述背景部分的平均物距的差別是否小于一個預給定的閾值: 在所述差別小于所述閾值的情況下，選擇背景部分邊界作為所述邊界，其中，所述背景部分邊界位于所述背景部分上并且與所述前景部分相鄰； 求取所述背景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值，并將所述最大值作為所述特征值； 在所述差別不小于所述閾值的情況下，選擇前景部分邊界作為所述邊界，其中，所述前景部分邊界位于所述前景部分上并且與所述背景部分相鄰； 求取所述前景部分邊界的所有像素的距離參數的最大值或者平均值或者中值，并將所述最大值或者所述平均值或者所述中值作為所述特征值。
17.根據權利要求16所述的圖像除霧方法，其特征在于， 計算所述前景部分的各個像素的粗略距離參數并且計算所有粗略距離參數的平均值作為所述前景部分的平均物距； 計算所述背景部分或者所述背景與所述前景部分相鄰的子區域的各個像素的粗略距離參數并且計算所有粗略距離參數的平均值作為所述背景部分的平均物距。
18.根 據權利要求10至17中任一項所述的圖像除霧方法，其特征在于，所述圖像除霧方法還包括以下步驟: 求取所述核心巾貞的天空點參數； 使所述普通巾貞的天空點參數等于所述核心巾貞的天空點參數。
19.一種圖像處理系統，所述圖像處理系統包括攝像裝置、輸出單元和根據權利要求1至9中任一項所述的圖像除霧裝置。
全文摘要
本發明涉及一種圖像除霧裝置，包括預處理單元，其用于將輸入圖像歸類為核心幀或普通幀，輸入圖像的各像素具有取決于物距的距離參數；核心幀參數求取單元，其用于求取核心幀的各像素的距離參數以及核心幀的背景圖像的各個像素距離參數；普通幀參數求取單元，其用于求取普通幀的各像素的距離參數；圖像除霧單元，其利用由核心幀參數單元求出的距離參數對核心幀進行除霧處理，以及利用由普通幀參數求取單元得到的距離參數對普通幀進行除霧處理，其中，普通幀參數求取單元將普通幀分割為背景部分和前景部分。本發明還涉及一種相應的圖像除霧方法和一種圖像處理系統。
文檔編號G06T7/20GK103186887SQ20111045659
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者沙浩, 三好雅則, 伊藤誠也, 李媛 申請人:株式會社日立制作所