一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法及装置，其中具体方法包括：对原始图像各通道分别乘以加权系数，再求和得到图像的多通道加权亮度图I(x)；利用原始图像多通道加权亮度图I(x)估算出随位置变化的环境光图利用原始图像各通道信息Ic(x)或多通道加权亮度图I(x)估算出环境光遮罩利用环境光图和环境光遮罩估算出场景目标反射率ρ(x)；利用场景目标反射率ρ(x)乘以均匀照度Auni常数得到去雾后的清晰图像。本发明专利技术采用一种基于环境光的物理模型，估计出环境光和环境光遮罩并估算出场景目标的反射率，最终逐个通道的恢复出去雾图像，解决了经典模型的适用场合不够广，特别是在夜晚雾天情况和场景目标存在额外光源的情况下去雾效果差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字图像处理方法，尤其涉及一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法及装置。
技术介绍
在雾天情况下，能见度严重降低，使釆集到的图像出现严重失真，失去了重要的场景信息，无法通过图像准确获得图像中所包含的信息，降低了图像的使用价值，更为后续的图像处理和分析工作带来了极大的困难。同时，在户外进行拍摄时，由于大气的散射和吸收，往往会发现所拍摄出来的图像对比度低、模糊不清。这直接影响到一些利用计算机视觉算法的应用系统的正常工作，如视频监控、遥感技术以及目标识别系统等。例如在视频监控领域，由于监控现场笼罩着浓厚的雾气，从而导致场景中的各类细节特征等变得模糊不清，不利于后续的分析处理工作的进行。如果警方事后需要调用这些数据进行犯罪现场分析时，那么就无法根据模糊的人脸特征找出犯罪嫌疑人并得到有力的物证；而如果发生交通肇事事件的话，交警也无法通过模糊不清的车辆特征及车牌号码判断出肇事的原因和主要责任方。因此，对图像进行去雾处理来消除雾气对图像的影响，丰富图像信息、提高图像对比度和清晰度，以此来加强图像视觉效果并为后续的图像处理和数据分析提供可靠的信息则尤为重要。图像去雾处理方法主要可以分为两种。一种是基于图像增强方法，这种方法没有考虑雾造成图像退化的原因，而只是对感兴趣的区域进行增强。常用的方法有直方图均衡化、Retinex算法以及同态滤波等。这些方法虽然提高了某些图像的清晰度，但是不适用于景物深度变化较大的图像，而且使用这些方法进行去雾处理后无法恢复景物真实色彩。另外一种方法就是基于物理模型的去雾方法。McCartney于1976年提出了一种大气散射模型来解释在大气粒子的作用下场景的成像机制，近年来很多去雾算法都是建立在此模型之上，具体的表达公式为I(x)＝Aρ(x)e-βd(x)+A(1-e-βd(x))。此模型将相机接收到的光分为两部分：衰减反射光和大气光。衰减反射光为物体表面的反射光因大气粒子散射作用，其余未被散射并被相机接收的部分，其光强随着传播距离的增大而呈指数衰减。大气光为大气粒子对自然光的散射作用并被相机接收的部分，强度随着传播距离的增大而逐渐增加。然而上述模型的假设条件为雾均匀且足够厚，太阳光在雾中发生充分散射并呈现各向同性，所以大气光A为定量。然而在实际情况中，太阳光并没有发生充分散射，那么大气光A则不为定量，而且也不能忽略直接射向相机的太阳光。而且当场景中出现发光物体且发光量远大于反射光量，那么上述模型就不适用了。而且上述模型也没有考虑场景出现遮挡的情况。因此研究大气散射机理，提出一种大气光随位置变动的环境光模型，并应用此环境光模型实现单幅图去雾方法和装置则具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法及装置，能够适用于更为复杂的应用场景并更好地实现图像去雾效果。本专利技术提供的技术方案为：一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法，包括：(1)利用原始图像的各通道信息，求得原始图像多通道加权亮度图I(x)；(2)利用原始图像多通道加权亮度图I(x)估算出随位置(原始图像中的坐标)变化的环境光图利用原始图像各通道信息Ic(x)或多通道加权亮度图I(x)估算出环境光遮罩(3)利用环境光图和环境光遮罩估算出场景目标反射率ρ(x)；(4)利用场景目标反射率ρ(x)乘以均匀照度Auni常数得到去雾后的清晰图像。优选地，求解原始图像多通道加权亮度图I(x)可以将原始图像各通道分别乘以加权系数再求和，最终得到图像的多通道加权亮度图I(x)，其中加权系数可以按各种图像标准规定的取值，或是特定的，也可以是任意的；可以用如下加权系数求解图像的多通道加权亮度图I(x)，计算公式如下：I(x)＝0.299R+0.587G+0.114B利用得到的图像的多通道加权亮度图I(x)，根据环境光模型估计环境光图环境光模型为I(x)=E^l(x)ρ(x)t(x)+E^l(x)[1-t(x)]=E^l(x)ρ(x)t(x)+V^(x)]]>其中为环境光，包括大气光、直射太阳光、散射光以及其他场景光源的直射光；其中ρ(x)为场景景物的反射率，t(x)表示场景光受散射衰减后到达成像设备的透射率，t(x)＝e-βd(x)，β为雾的总散射系数，d(x)为景深信息；为环境光遮罩，其物理意义为环境光经雾气散射在景物像上叠加的一个额外的亮度增量。优选地，所述随位置变化的环境光图的估算方法为：先对原始图像多通道加权亮度图I(x)进行低通滤波得到初始环境光图再求取满足下式的偏移量Eloffset：Eloffset=max(I(x)-E^linit(x)),∀x∈image;]]>通过以下公式获得估计值E^l(x)=E^linit(x)+Eloffset;]]>或者求取满足下式的偏移系数λE：λE=max(I(x)÷E^linit(x)),∀x∈image;]]>通过以下公式获得估计值E^l(x)=E^linit(x)·λE.]]>作为优选，所述低通滤波具体可以为先使用大、小尺度的高斯模糊核和原始图像多通道加权亮度图I(x)相卷积，结果分别记为初始环境光图和然后将除以从相除结果中取出全局最大值，作为偏移系数λE，最后将与λE相乘获得环境光图或者为先使用大、小尺度的高斯模糊核和原始图像多通道加权亮度图I(x)相卷积；将结果分别记为初始环境光图和然后将减去从作差结果中取全局最大值作为偏移量Eloffset，最后将与偏移量Eloffset相加获得环境光图优选地，利用多通道加权亮度图I(x)估算环境光遮罩的方法为：利用具有低、较低、中等、较高、高截止频率的多个低通滤波器(常用3～5个，但不限于此)构成一个滤波器组，逐一对多通道加权亮度图I(x)进行某种低通滤波或者多个不同低通滤波器的组合滤波，然后对滤波结果求取加权平均以获得初始环境光遮罩再求取满足下式的偏移量Voffset：Voffset=max(I(x)-V^init(x)),∀x∈image;]]>通过以下公式获得估计值V^(x)=V^init(x)-Voffset;]]>或者求取满足下式的偏移系数λV：λV=min(I(x)÷V^init(x)),∀x∈image;]]>通过以下公式获得估计值V^(x)=V^init(x)·λV;]]>具体可以为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，包括：(1)利用原始图像的各通道信息，求得原始图像多通道加权亮度图I(x)；(2)利用原始图像多通道加权亮度图I(x)估算出随位置变化的环境光图利用原始图像各通道信息Ic(x)或多通道加权亮度图I(x)估算出环境光遮罩(3)利用环境光图和环境光遮罩估算出场景目标反射率ρ(x)；(4)利用场景目标反射率ρ(x)乘以均匀照度Auni常数得到去雾后的清晰图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，包括：
(1)利用原始图像的各通道信息，求得原始图像多通道加权亮度图I(x)；
(2)利用原始图像多通道加权亮度图I(x)估算出随位置变化的环境光图利用原
始图像各通道信息Ic(x)或多通道加权亮度图I(x)估算出环境光遮罩(3)利用环境光图和环境光遮罩估算出场景目标反射率ρ(x)；
(4)利用场景目标反射率ρ(x)乘以均匀照度Auni常数得到去雾后的清晰图像。
2.根据权利要求1所述的基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，所述原始
图像多通道加权亮度图I(x)的求解方法为：对原始图像的各通道分别乘以加权系数，再求
和得到图像的多通道加权亮度图I(x)。
3.根据权利要求1所述的基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，所述随位
置变化的环境光图的估算方法为：
先对原始图像多通道加权亮度图I(x)进行低通滤波得到初始环境光图再求取
满足下式的偏移量Eloffset：
通过以下公式获得估计值或者求取满足下式的偏移系数λE：
通过以下公式获得估计值4.权利要求1所述的基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，所述利用多通
道加权亮度图I(x)估算环境光遮罩的方法为：
利用多个低通滤波器逐一对I(x)进行某种低通滤波或者多个不同低通滤波器的组合
滤波，然后对滤波结果求取加权平均以获得初始环境光遮罩再求取满足下式的偏
移量Voffset：
通过以下公式获得估计值或者求取满足下式的偏移系数λV：
通过以下公式获得估计值利用原始图像各通道信息Ic(x)估算环境光遮罩的方法为：
求出原始图像R、G、B三通道最小通道值，再在原始图像的各个局部区域内对最小通道
值做最小值滤波，将滤波结果作为环境光遮罩的估计值，即按以下公式完成估计：
其中c为R、G、B三个颜色通道，Ω(x)为大小为a×a的局部区域，a为局部区域长度。
5.根据权利要求1所述的基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，在估算场
景目标反射率ρ(x)之前，使用具有边缘保持能力的滤波器对估计出的环境光图环
境光遮罩进行精细化。
6.根据权利要求1所述的基于环境光模型的单幅图像去雾方法，其特征在于，场景目标
反射率ρ(x)的估计公式为：
其中用到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维东，聂涛，沈翰祺，黄露，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33