一种改进的高提升滤波快速海雾图像增强方法技术

本发明专利技术属于图像增强领域，具体涉及一种改进的高提升滤波快速海雾图像增强方法。本发明专利技术包括：(1)海上图像获取；(2)去除基于改进的高提升滤波算法的图像海雾：(3)显示清晰图像。本发明专利技术适用于所有水面船只，其中所处理的水面有雾图像由安装在水面船只上的可见光摄像头获取；提出了一种改进的高提升滤波增强算法，能够极大的提高海雾模糊图像的可视性和对比度。经过本发明专利技术所提算法的处理，能够极大的提高水面船只的海上航行适应能力，能够极大的保障水面船只的航行安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像增强领域，具体涉及一种改进的高提升滤波快速海雾图像增强方 法。
技术介绍
海上存在大量的水汽，由于水汽增发或暖气流受海面冷却等原因而造成海面出现 非常浓烈的雾，且有雾区域面积大，持续时间极长，其最大的特点是能见度极小，往往几米 开外的东西都很难看清，在如此短的距离，水面船只往往来不及减速和转弯，从而造成航船 触礁或碰撞等严重灾难，严重影响着水面船只的安全运行。1993年5月2日，由于海雾的 影响，我国一艘"向阳红16"号考察船被一艘3. 8万吨的塞浦路斯籍"银角"号货轮在东 海撞沉；2006年5月22日，我国货船"中海通号"和"航宇6号"在大连某一海域由于大 雾影响而相撞；2008年4月6日，来自马绍尔群岛的货船"HUBSTELLA"和来自韩国的货船 "WORLDDYNASTY"，因为浓雾影响，在香港水域以外相撞；2010年5月2日在成山头东海域， 由于大雾影响，"Seasuccess"（海盛）轮与"Brightcentary"（世纪之光）轮相碰撞并沉 没；2012年5月11日，"辽盘渔15023"与寿光市泰瑞海运有限公司散货船"瑞泰369"在石 岛东南由于海上大雾影响而发生碰撞后沉没。随着可见光摄像头技术的发展，其采集图像 距离远大于人眼所能看到的距离，因此若能够利用可见光摄像头代替人眼，则能极大的提 高海上远距离可视性；但是如同人眼一样，可见光摄像头仍然受到海雾等天气环境的影响， 导致采集的图像仍然出现降质和模糊的现象，但是若能提出一种方法能够实时且极大的提 高海雾模糊图像的可视性，则能有效降低海雾下撞船等海难发生的几率，因此研宄和设计 一种海雾下的图像增强方法意义重大。 目前的去雾方法大多都是针对陆地场景，且出现了许多能够有效提高陆地交通监 控背景下的图像增强算法，而能够有效对海雾这种特殊场景的模糊图像进行增强的算法还 不多见。在陆地场景去雾算法中，直方图均衡化、线性拉伸对比度增强和同态滤波等简单快 速的图像增强方法，虽然能够快速的提高有雾图像的可视性，但往往会造成色彩失真和噪 声增加的现象，甚至于造成恢复的图像中出现严重的光晕效应；为了解决以上这些问题，学 者提出了许多改进的算法，其中近年来最受关注的是基于"Retinex"理论的图像增强算法 和基于暗原色先验理论的大气散射物理模型还原算法。 其中典型的Retinex理论图像增强方法的去雾思路是首先利用大尺度的高斯滤 波来估计亮度分量，然后求取反射分量，最后利用简单的线性拉伸来提高图像的可视性和 对比度。该方法对有雾图像进行增强的本质是利用高斯滤波压缩图像的动态范围，提高模 糊图像中目标和细节信息的比重，然后利用线性拉伸来提高图像的可视性。由于海雾图像 一般很浓，且细节信息较少，所以简单的高斯滤波很难显著提高目标和细节信息的比重，导 致最终线性拉伸后的图像可视性提升有限。 而基于暗原色先验理论的物理模型去雾复原的原理是根据图像的暗原色先验信 息来求取物理模型的各个参数，从而求解物理模型得到清晰化的图像。然而由于海雾图像 一般只包含天空区域、海面区域和目标区域，且经常出现目标区域较小的情况，天空区域和 水面区域则一般较大，而天空区域和水面区域由于海雾的影响一般具有很大的像素值，导 致暗原色先验规律失效，从而导致该方法很难求取正确的大气散射物理模型的参数，从而 难以有效的对海面有雾图像进行增强。 由于海上环境复杂，出现海雾的几率特别大，与陆地场景相比，海上雾气浓度一般 要远高于陆地场景雾气浓度，因此海上有雾图像一般更模糊；海上图像只包含海面、天空和 目标三个区域，目标一般为船只、礁石和海岛等，由于天空区域和海面区域在海上图像中往 往占据较大的区域，因此海上图像目标和细节信息远小于陆地场景图像。以上两种特殊情 况严重增加了目前陆地去雾算法的去雾难度，且复杂的算法严重制约着算法的实时性，因 此提出一种能够简单有效且快速的海雾去除方法具有重要的研宄意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高海面有雾图像的对比度和可视性，能够极大的提 高海雾图像的去雾效率的改进的高提升滤波快速海雾图像增强方法。 本专利技术的目的是这样实现的： (1)海上图像获取： 由安装在水面船只上的可见光摄像头获取海雾图像； (2)去除基于改进的高提升滤波算法的图像海雾： (2.1)求取模糊图像： 利用引导滤波分别对原海雾图像的三个分量分别进行滤波，得到模糊图像，引导 图像I和滤波的输出图像q在以k为中心的局部区域（^内存在线性关系：【主权项】1. ，其特征在于，包括如下步骤： (1) 海上图像获取： 由安装在水面船只上的可见光摄像头获取海雾图像； (2) 去除基于改进的高提升滤波算法的图像海雾： (2. 1)求取模糊图像： 利用引导滤波分别对原海雾图像的三个分量分别进行滤波，得到模糊图像，引导图像I和滤波的输出图像q在以k为中心的局部区域wk内存在线性关系： (ak，bk)是区域《k内的线性系数，其中《k是半径为r的方形模板区域，Vq=aVI， 即滤波引导图像I和滤波输出图像q具有相似的边缘，消除图像中的噪声n，即滤波输出图 像q与待滤波图像P之间关系为： Qi= P i_ni； 引导滤波通过最小化输入和输出之间的差异来求解线性系数（ak，bk)，并建立目标函 数：e是一个防止系数ak过大的约束参数：其中Uk和〇k分别为引导图像I中局部小区域《k内的均值和方差，I?I表示该局部 -1X- 小区域内的像素总数；AA，表示输入图像P对应的局部区域内的均值；当 得到每个窗口对应的系数ak和bk后，其最终滤波输出值为：引导滤波核函数为： qi=Ejffijd)?,-; 其中核函数为：(2. 2)求取模板图像： 利用原海雾图像减去上一步求得的模糊图像，得到目标和细节的模板图像；原海雾图 像I减去上一节得到的模糊图像q，得到模板图像f: f=I-q; (2.3)求取增强图像： 将得到的模板图像以权重附加到原始模糊图像上，得到增强后的图像；得到最终改进 的高提升滤波增强后的图像： J=I+aXf； (3)显示清晰图像： 将上一步得到的模板图像以权重附加到原始模糊图像上，得到增强后的图像。【专利摘要】本专利技术属于图像增强领域，具体涉及。本专利技术包括：(1)海上图像获取；(2)去除基于改进的高提升滤波算法的图像海雾：(3)显示清晰图像。本专利技术适用于所有水面船只，其中所处理的水面有雾图像由安装在水面船只上的可见光摄像头获取；提出了一种改进的高提升滤波增强算法，能够极大的提高海雾模糊图像的可视性和对比度。经过本专利技术所提算法的处理，能够极大的提高水面船只的海上航行适应能力，能够极大的保障水面船只的航行安全。【IPC分类】G06T5-00【公开号】CN104809697【申请号】CN201510109640【专利技术人】马忠丽, 郝亮亮, 刘权勇, 文杰, 顾衍明, 张永奇 【申请人】哈尔滨工程大学【公开日】2015年7月29日【申请日】2015年3月13日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的高提升滤波快速海雾图像增强方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)海上图像获取：由安装在水面船只上的可见光摄像头获取海雾图像；(2)去除基于改进的高提升滤波算法的图像海雾：(2.1)求取模糊图像：利用引导滤波分别对原海雾图像的三个分量分别进行滤波，得到模糊图像，引导图像I和滤波的输出图像q在以k为中心的局部区域ωk内存在线性关系：qi=akIi+bk,∀i∈ωk;]]>(ak,bk)是区域ωk内的线性系数，其中ωk是半径为r的方形模板区域，▽q＝a▽I，即滤波引导图像I和滤波输出图像q具有相似的边缘，消除图像中的噪声n，即滤波输出图像q与待滤波图像p之间关系为：qi＝pi‑ni；引导滤波通过最小化输入和输出之间的差异来求解线性系数(ak,bk)，并建立目标函数：E(ak,bk)=Σi∈ω((akIi+bk-pi)2+ϵak2);]]>ε是一个防止系数ak过大的约束参数：ak=1|ω|Σi∈ωkIipi-μkp‾kσk2+ϵ;]]>bk=p‾k-akμk;]]>其中μk和σk分别为引导图像I中局部小区域ωk内的均值和方差，|ω|表示该局部小区域内的像素总数；表示输入图像p对应的局部区域ωk内的均值；当得到每个窗口ωk对应的系数ak和bk后，其最终滤波输出值为：qi=1|ω|Σk|i∈ωk(akIi+bk);]]>Σk|i∈ωkak=Σk∈ωiak,]]>ai=a‾iIi+b‾i;]]>a‾i=1|ω|Σk∈ωiak,]]>b‾i=1|ω|Σk∈ωibk;]]>引导滤波核函数为：qi＝∑jWij(I)pj；其中核函数为：Wij(I)=1|ω|2Σk:(i,j)∈ωk(1+(Ii-μk)(Ij-μk)σ2+ϵ);]]>(2.2)求取模板图像：利用原海雾图像减去上一步求得的模糊图像，得到目标和细节的模板图像；原海雾图像I减去上一节得到的模糊图像q，得到模板图像f：f＝I‑q；(2.3)求取增强图像：将得到的模板图像以权重附加到原始模糊图像上，得到增强后的图像；得到最终改进的高提升滤波增强后的图像：J＝I+a×f；(3)显示清晰图像：将上一步得到的模板图像以权重附加到原始模糊图像上，得到增强后的图像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠丽，郝亮亮，刘权勇，文杰，顾衍明，张永奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23