專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像信息處理領(lǐng)域，具體涉及霧天降質(zhì)圖像的復(fù)原方法。
背景技術(shù)：
霧是一種較為常見(jiàn)的自然現(xiàn)象。在近海、近河、山林等地區(qū)受水汽蒸發(fā)的影響，霧發(fā)生的頻率會(huì)更高。霧天條件下，空氣中懸浮著大量的水蒸氣、塵埃等顆粒，使得霧天下的場(chǎng)景反射光在傳輸中發(fā)生了較為嚴(yán)重的衰減，同時(shí)背景雜光又摻雜其中，使得霧天的場(chǎng)景圖像對(duì)比度低，細(xì)節(jié)模糊，嚴(yán)重的影響了人的觀(guān)察以及基于視頻理解的智能算法的性能(如高速公路路口的車(chē)輛檢測(cè))。 霧天圖像的復(fù)原方法主要包括基于大氣光學(xué)成像模型的方法和非基于大氣光學(xué)成像模型的方法。非大氣光學(xué)模型的方法旨在拉伸圖像對(duì)比度，主要包括基于直方圖均衡和Retinex方法。由于復(fù)原效果不佳或算法復(fù)雜度過(guò)高等原因，上述方法在工程中應(yīng)用較少?；诖髿夤鈱W(xué)模型的方法早期曾出現(xiàn)過(guò)偏振光，多幅去霧等方法，但是由于工程局限性原因，沒(méi)有在實(shí)踐中應(yīng)用。近年來(lái)，由于暗通道先驗(yàn)信息這一極具工程意義的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，使得霧天圖像實(shí)時(shí)復(fù)原成為可能。利用暗通道先驗(yàn)信息對(duì)傳輸參數(shù)圖像合理進(jìn)行估計(jì)是暗通道去霧方法的關(guān)鍵技術(shù)。較為常見(jiàn)的有雙邊濾波、引導(dǎo)濾波以及多尺度濾波等過(guò)程。上述濾波過(guò)程具有較好的效果，在經(jīng)過(guò)并行加速等手段后可以滿(mǎn)足PC平臺(tái)下的實(shí)時(shí)處理效果。但是，在一些只能依靠嵌入式系統(tǒng)工作的環(huán)境下，上述算法的復(fù)雜度是一般的DSP處理平臺(tái)所不能承受的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有霧天圖像復(fù)原方法采用的算法復(fù)雜以及對(duì)圖像處理過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)顏色偏移，同時(shí)基于DSP運(yùn)行平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提供一種帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法。帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、將霧天原始降質(zhì)圖像以大氣為背景做歸一化操作，獲得最小通道圖像；步驟二、對(duì)步驟一獲得的最小通道圖像采用具有0(n)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波方法求取暗通道圖像；步驟三、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，采用步驟二獲得的暗通道圖像求取霧天原始降質(zhì)圖像的傳輸參數(shù)圖像；步驟四、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，采用步驟三獲得的傳輸參數(shù)圖像求取歸一化的復(fù)原圖像；步驟五、依據(jù)白平衡理論，將步驟四歸一化的復(fù)原圖像經(jīng)白平衡校正映射后的輸出圖像為最終的復(fù)原圖像。本發(fā)明的有益效果一、本發(fā)明所述的方法極大的降低了傳輸參數(shù)圖像的估計(jì)算法復(fù)雜度，使其能夠滿(mǎn)足嵌入式DSP系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理要求。一般的霧天復(fù)原算法在傳輸參數(shù)圖像估算中使用了雙邊濾波、引導(dǎo)濾波以及多尺度濾波，最小二乘優(yōu)化等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。上述濾波算法雖然具有較好的效果，并在經(jīng)過(guò)并行加速等手段后可以滿(mǎn)足PC平臺(tái)下的實(shí)時(shí)處理效果。但是，在一些只能依靠嵌入式系統(tǒng)工作的環(huán)境下，上述算法的時(shí)間復(fù)雜度或空間復(fù)雜度開(kāi)銷(xiāo)是一般的嵌入式處理平臺(tái)所不能承受的。本專(zhuān)利使用的具有0(n)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波方法估算傳輸參數(shù)圖像。0(n)時(shí)間復(fù)雜度意味著算法處理時(shí)間與濾波選取的尺寸無(wú)關(guān)，由此極大的降低了濾波過(guò)程中的運(yùn)算次數(shù)。以15*15大小的統(tǒng)計(jì)學(xué)最小值濾波為例，若采用逐點(diǎn)平滑移動(dòng)的傳統(tǒng)濾波方式，則每點(diǎn)需要執(zhí)行225次比較操作，若采用本專(zhuān)利使用的0(n)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波方法，則每點(diǎn)只需要7次比較運(yùn)算。本專(zhuān)利采用的O (η)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波過(guò)程，峰值內(nèi)存需要2ΜΝ (MN為圖像尺寸的大小)，時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度開(kāi)銷(xiāo)均不大，能夠?yàn)橐话愕腄SP處理平臺(tái)所承受。二、本發(fā)明將白平衡的白片假設(shè)算法很好的融入在去霧復(fù)原過(guò)程中。在基本不增加算法復(fù)雜度的前提下，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)景復(fù)原和顏色恒常的兼顧。經(jīng)過(guò)白平衡校正后的輸出圖像即為最終的復(fù)原圖像。復(fù)原后的圖像主觀(guān)視覺(jué)效果顯著提升，對(duì)比度明顯改善，復(fù)原效果 自然無(wú)失真，在濃霧條件下亦能輸出較好的效果。三、本發(fā)明所述的霧天復(fù)原方法采用單一圖像作為輸入源，算法復(fù)雜度低，復(fù)原效果好，能夠兼顧場(chǎng)景復(fù)原和顏色恒常。能夠滿(mǎn)足多種外景監(jiān)控應(yīng)用需求，特別適合于航空偵查等領(lǐng)域嵌入式平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)合。
圖I為本發(fā)明所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法的流程圖；圖2為本發(fā)明所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法中采用0(η)復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波在一維空間的操作示意圖；圖3為本發(fā)明所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法的效果圖，其中，圖(a)為原始降質(zhì)圖像，圖(b)為最小通道圖像，圖(C)為經(jīng)過(guò)白平衡校正后的輸出圖像，圖(d)為采用具有0(n)復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波方法估算出的傳輸參數(shù)圖像；圖4為現(xiàn)有無(wú)白平衡校正的圖像與本發(fā)明所述的復(fù)原方法校正的圖像的效果對(duì)比圖，其中，圖(a)為原始降質(zhì)圖像，圖(b)為本發(fā)明所述方法的復(fù)原圖像，圖(C)為現(xiàn)有無(wú)白平衡校正的霧天復(fù)原算法的處理圖像。圖5為濃霧圖像復(fù)原效果圖；其中，圖(a)為原始降質(zhì)的濃霧圖像，圖(b)為本發(fā)明所述方法的復(fù)原圖像。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I說(shuō)明本實(shí)施方式，帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟A、對(duì)霧天原始降質(zhì)圖像以大氣背景做歸一化操作并提取其最小通道圖像，歸一化的最小通道圖像值域范圍需校正為
。步驟B、對(duì)最小通道圖利用統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波方法求取最小通道圖像的暗通道圖像。暗通道圖像的值域范圍是
;在執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波的過(guò)程中，使用的是具有像利用具有0(n)復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)快速濾波方法。步驟C、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，利用暗通道圖像求取霧天原始降質(zhì)圖像的傳輸參數(shù)圖像。步驟D、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，利用傳輸參數(shù)圖像求取歸一化的霧天降質(zhì)圖像的復(fù)原圖像，該歸一化的復(fù)原圖像值域范圍為
。步驟E、依據(jù)白平衡理論，認(rèn)為大氣背景光為純白色，將歸一化的復(fù)原圖像值域映射至
。經(jīng)白平衡全局映射后的輸出圖像即為最終的復(fù)原圖像。本實(shí)施方式中步驟A所述的霧天原始降質(zhì)圖像指對(duì)于外景霧天降質(zhì)圖像的降質(zhì)過(guò)程，大氣光學(xué)模型以公式一表述霧天圖像降質(zhì)過(guò)程。公式一、Oi(X，y) =Ji (X，y) t (x, y) +Ai (l_t (x, y)), i e {R, G, B}在上述光學(xué)模型中，i表征該光學(xué)模型在RGB三色空間中各自獨(dú)立成立，O (x，y)表示輸入圖像，即霧天降質(zhì)圖像；J(x，y)表示場(chǎng)景處未經(jīng)退化的原始場(chǎng)景信息；t(x，y)是介質(zhì)的傳輸參數(shù)圖像，即場(chǎng)景深度信息圖像，所述的傳輸參數(shù)圖像在RGB三色空間中認(rèn)為具有共同的傳輸參數(shù)圖像4表示大氣背景光估計(jì)。步驟A中對(duì)霧天原始降質(zhì)圖像以大氣背景做歸一化操作的具體過(guò)程為以彩色圖像為例，灰度圖像視為彩色圖像的特例；對(duì)于彩色霧天降質(zhì)圖像在RGB三色空間中各自除以各自的大氣背景光估計(jì)A。大氣背景光估計(jì)A可以認(rèn)為是已知項(xiàng)，其值可從輸入圖像直接獲得。從工程簡(jiǎn)化的角度出發(fā)，本實(shí)施方式采用如下的方式估算大氣背景光估計(jì)A :取降質(zhì)圖像G空間(若灰度圖像，則為圖像本身)上方20行原始數(shù)據(jù)進(jìn)行從大至小排序，確定數(shù)值大小為前10%的像素點(diǎn)所在位置，這些位置所對(duì)應(yīng)的原始降質(zhì)圖像的RGB空間各自的均值作為大氣背景光在RGB空間各自的大氣背景光估計(jì)。歸一化過(guò)程由公式二表示(灰度圖像作為彩色圖像的特例)
權(quán)利要求
1.帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、將霧天原始降質(zhì)圖像以大氣為背景做歸一化操作，獲得最小通道圖像； 步驟二、對(duì)步驟一獲得的最小通道圖像采用具有0(n)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波方法求取暗通道圖像； 步驟三、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，采用步驟二獲得的暗通道圖像求取霧天原始降質(zhì)圖像的傳輸參數(shù)圖像； 步驟四、根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，采用步驟三獲得的傳輸參數(shù)圖像求取歸一化的復(fù)原圖像； 步驟五、依據(jù)白平衡理論，將步驟四的歸一化的復(fù)原圖像經(jīng)白平衡校正，映射后的輸出圖像即為最終的復(fù)原圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，步驟一中所述霧天原始降質(zhì)圖像為彩色圖像或灰度圖像，如果霧天原始降質(zhì)圖像為彩色圖像，則在RGB空間以大氣為背景做歸一化操作后求取RGB空間對(duì)應(yīng)位置的最小值作為最小通道圖像；如果霧天原始降質(zhì)圖像為灰度圖像，則以大氣為背景做歸一化操作后的圖像本身為最小通道圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，步驟二中對(duì)最小通道圖像采用具有0(n)時(shí)間復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波方法求取暗通道圖像的過(guò)程為對(duì)最小通道圖像執(zhí)行大尺度保邊最小值濾波過(guò)程，首先執(zhí)行大尺度的統(tǒng)計(jì)學(xué)最小值濾波的提取過(guò)程，然后執(zhí)行統(tǒng)計(jì)學(xué)最大值濾波算法作為最小值濾波的提取過(guò)程的邊緣優(yōu)化算法；最小通道圖像用公式表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，步驟五所述的依據(jù)白平衡理論，將歸一化的復(fù)原圖像經(jīng)白平衡校正映射后，輸出圖像作為最終的復(fù)原圖像的過(guò)程為認(rèn)定大氣背景光為純白色，即滿(mǎn)足白平衡之白片假設(shè)，將歸一化的復(fù)原圖像直接作為白平衡算法中白片假設(shè)的中間結(jié)果，將整幅圖像顏色向大氣背景做白平衡顏色校正，經(jīng)白平衡校正后的輸出圖像為最終的復(fù)原圖像。
全文摘要
帶有白平衡校正的霧天降質(zhì)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原方法，涉及圖像信息處理領(lǐng)域，解決現(xiàn)有霧天圖像復(fù)原方法采用的算法復(fù)雜、圖像處理過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)顏色偏移，以及DSP等嵌入式平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。本發(fā)明對(duì)霧天原始降質(zhì)圖像以大氣背景做歸一化操作并提取其最小通道圖像，利用具有O(N)復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)濾波快速方法求取暗通道圖像。然后求取霧天原始降質(zhì)圖像的傳輸參數(shù)圖像，根據(jù)大氣光學(xué)成像模型，利用傳輸參數(shù)圖像求取歸一化的霧天降質(zhì)圖像的復(fù)原圖像，最后依據(jù)白平衡理論，認(rèn)為大氣背景光為純白色，將歸一化的復(fù)原圖像值域映射至
。經(jīng)白平衡全局映射后的輸出圖像即為最終的復(fù)原圖像。本發(fā)明方法可以滿(mǎn)足多種外景監(jiān)控應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102968767SQ201210488260
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者吳笑天, 郝志成, 魯劍峰, 朱明 , 高文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所