一种天空区域视觉优化的图像去雾方法技术

天空区域视觉优化的图像去雾方法，包括以下步骤：步骤1.包含天空区域有雾图像的透射率评估；步骤2.包含天空区域有雾图像透射率的导向滤波；步骤3.包含天空区域有雾图像的散射场景恢复；步骤4.有雾图像天空区域的视觉优化。本发明专利技术有效抑制了“光晕效应”，使图像处理效果更加自然。本发明专利技术在暗通道先验去雾算法的基础上对天空失真区域进行视觉感知优化，对天空区域的透射率重新进行评估。天空失真现象有明显改善，呈现出更加自然的去雾效果。

A method of image fogging in sky area vision optimization

【技术实现步骤摘要】
一种天空区域视觉优化的图像去雾方法
本专利技术涉及计算机图像处理方法。
技术介绍
随着安防科技的发展和网络带宽的增加，计算机视觉系统在多个领域得到了广泛的使用，比如高速公路、城市道路、航海、航拍等。近些年来，中国等发展中国家经常遭受雾霾等恶劣天气的侵袭，在这种极端天气情况下，高清摄像头会受到大气中固体小颗粒和小液滴的影响，拍摄的图像往往丢失主要信息，从而导致图像采集设备无法拍摄到清晰的图像。这是由于悬浮粒子会对光线产生散射,使景物反射的光线发生衰减,同时散射环境光混合到观察接收的光线中,使成像后图像的对比度、颜色等特征发生改变。图像质量的降低严重影响了大量室外计算机视觉系统的使用。如道路安全监控、汽车安全驾驶、光学武器作战、敌我战场监视等。特别是近年来国内各大城市出现的严重雾霾天气，导致城市交通瘫痪、航班延误取消，严重影响了人们的日常生活、工业生产以及军事侦察和作战，从而引起了各国研究人员的重点关注。随着计算机视觉应用的日益广泛和计算机技术的发展与成熟,各国的研究人员针对降质图像的增强技术进行了大量的研究，也取得了一定的研究成果。为了美化图像的视觉效果以及突出图像特征以便计算机视觉系统处理,需要对图像进行去雾处理。图像去雾就是指用特定的方法和手段,使空气中悬浮微粒对图像的不良影响降低甚至消除。然而，在这些经典的去雾算法中，包括何凯明的暗通道去雾、Tarel的基于中值滤波的去雾以及一些基于其他边缘保留的方法中，都有一个普遍存在的问题：即对天空部分处理的不好。究其主要原因，还是因为天空部位基本上是不符合暗通道去雾先验这个前决条件的。导致的问题主要有两种，一是在天空非天空衔接处经常会出现雾气没有完全处理完的情况，这种情况被称为“光晕效应”，它会使图像整体看起来很不自然。另一方面，暗通道去雾算法对于天空区域的处理并不是很好，经常会出现色彩失真现象。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种天空区域视觉优化的图像去雾方法。本专利技术的目的在于提出了一种天空区域视觉优化的图像去雾方法，对已经分割出天空区域的图像进行视觉感知优化处理，有效解决了暗通道先验去雾算法存在的“光晕效应”和天空失真问题，取得了更加自然的去雾效果。本专利技术的天空区域视觉优化的图像去雾方法，包括以下步骤：步骤1.包含天空区域有雾图像的透射率评估；首先读入包含天空区域有雾图像I；采用暗通道先验去雾方法对非天空区域的去雾效果很好，采用暗通道先验方法对包含天空区域的有雾图像透射率进行评估；具体评估步骤如下：11.根据暗通道的定义(即公式1)计算输入包含天空区域的有雾图像I的暗通道，I的暗通道Jdark的可以表示为：其中，x,y表示图像的任意一个像素点，Ω(x)表示某一图像块；Ic这里指的是输入的有雾图像，c是指R、G、B三通道中任意一个通道；所以暗通道Jdark可以由I每个像素取三通道最小值，再取窗口Ω(x)的最小值作为像素值；12.大气光是根据图像像素评估的一个参数，是大气散射模型必须用到的参数之一；具体的评估步骤如下所示：(2-1)求出包含天空区域有雾图像的暗通道Jdark像素值大小前0.1％的像素；(2-2)找到(2-1)像素位置对应输入包含天空区域有雾图像I的像素点，求出这些像素最大像素值作为大气光A；13.根据以下公式求包含天空区域有雾图像的透射率ω(0≤ω≤1)是用来控制去雾强度的控制因子，这个参数是为了去雾效果更加真实，一般取0.95为宜；步骤2.包含天空区域有雾图像透射率的导向滤波；由于包含天空区域有雾图像的透射率有明显不连续的区域，直接去雾图像会出现块状的锯齿边缘，效果不是很好，所以需要用滤波进行平滑处理，但是普通的中值滤波，高斯滤波会破坏透射率的规律性，所以需要使用有效保持边缘的导向滤波；根据以下公式将导向滤波应用于计算包含天空区域有雾图像的透射率：其中，ψ是偏移量，是滤波后的透射率，I(q)是导向图，s＝(sr,sg,sb)T是缩放向量，我们将公式(2)求得的透射率作为导向图输入，设定滤波窗口W是公式(1)暗通道窗口Ω(x)大小的4倍，通过最小二乘法(如公式4所示)使块状透射率值t*和的差别最小：s*和ψ*为最终所求得的最优解，导向滤波后求得优化的透射率t(x)；步骤3.包含天空区域有雾图像的散射场景恢复；通过大气散射模型建立起了雾图和清晰图像的关系，可根据大气散射模型对包含天空区域的有雾图像进行修复还原，清晰图可根据下式求得：其中，I(x)表示包含天空区域的有雾图像，J(x)表示待求清晰图；由该公式可知当透射率t(x)很小时，图像的整体会白过度；通过设置一个阈值t0来限定t的最小值可以有效避免这种现象，当t值小于t0时，t＝t0；这里的参数一般设为t0＝0.1；通过该公式计算就可以得到清晰图，非天空区域处理的很好，非天空区域还需要优化；步骤4.有雾图像天空区域的视觉优化；暗通道先验去雾算法不区分天空与非天空区域，简单地设定了一个低的阈值去评估透射率，它对对有雾图像天空区域的处理并不是很理想，针对这一问题，本方法针对天空区域进行视觉感知优化；有雾图像天空区域视觉感知优化的具体步骤如下所示：41.在天空区域场景深度趋向于无穷时，I(x)的值接近去大气光强A；通过对天空的观察可以发现如果没有云层干扰的话，天空区域整体比较平滑，以A点作为景深最深处，向周围像素值衰减，d(x)值也变小；所以大胆假设天空区域d(x)与|I(x)-A|正相关；于是重新定义了天空透射率的计算方式：其中，是指天空区域的透射率，是一个常数系数，c是指R、G、B三通道中任意一个通道；42.根据公式(7)对天空区域进行优化，得到最终的清晰图像，w2是一个调整常数参数：其中，如果某一像素与A不相似，参数w1可以调整tsky接近于0的速度；如果某一像素与A非常相近，参数w2可以控制I和A数量关系的比例；一般情况下，w1取10，w2取0.2。本专利技术的优点是：(1)本专利技术有效抑制了“光晕效应”，使图像处理效果更加自然。(2)本专利技术在暗通道先验去雾算法的基础上对天空失真区域进行视觉感知优化，对天空区域的透射率重新进行评估。天空失真现象有明显改善，呈现出更加自然的去雾效果。附图说明图1是本专利技术的流程图。具体实施方案下面结合附图，进一步说明本专利技术方法的技术方案。天空区域视觉优化的图像去雾方法，步骤如图1所示，包括：步骤1.包含天空区域有雾图像的透射率评估；首先读入包含天空区域有雾图像I。采用暗通道先验去雾方法对非天空区域的去雾效果很好，采用暗通道先验方法对包含天空区域的有雾图像透射率进行评估。具体评估步骤如下：14.根据暗通道的定义(即公式1)计算输入包含天空区域的有雾图像I的暗通道，I的暗通道Jdark的可以表示为：其中，x,y表示图像的任意一个像素点，Ω(x)表示某一图像块。Ic这里指的是输入的有雾图像，c是指R、G、B三通道中任意一个通道。所以暗通道Jdark可以由I每个像素取三通道最小值，再取窗口Ω(x)的最小值作为像素值。15.大气光是根据图像像素评估的一个参数，是大气散射模型必须用到的参数之一。具体的评估步骤如下所示：(2-1)求出包含天空区域有雾图像的暗通道Jdark像素值大小前0.1％的像素。(2-2)找到(2-1)像素位置对应输入包含天空区域有雾图本文档来自技高网...

【技术保护点】
天空区域视觉优化的图像去雾方法，包括以下步骤：步骤1.包含天空区域有雾图像的透射率评估；首先读入包含天空区域有雾图像I；采用暗通道先验去雾方法对非天空区域的去雾效果很好，采用暗通道先验方法对包含天空区域的有雾图像透射率进行评估；具体评估步骤如下：11.根据暗通道的定义(即公式1)计算输入包含天空区域的有雾图像I的暗通道，I的暗通道J

【技术特征摘要】
1.天空区域视觉优化的图像去雾方法，包括以下步骤：步骤1.包含天空区域有雾图像的透射率评估；首先读入包含天空区域有雾图像I；采用暗通道先验去雾方法对非天空区域的去雾效果很好，采用暗通道先验方法对包含天空区域的有雾图像透射率进行评估；具体评估步骤如下：11.根据暗通道的定义(即公式1)计算输入包含天空区域的有雾图像I的暗通道，I的暗通道Jdark的可以表示为：其中，x,y表示图像的任意一个像素点，Ω(x)表示某一图像块；Ic这里指的是输入的有雾图像，c是指R、G、B三通道中任意一个通道；所以暗通道Jdark可以由I每个像素取三通道最小值，再取窗口Ω(x)的最小值作为像素值；12.大气光是根据图像像素评估的一个参数，是大气散射模型必须用到的参数之一；具体的评估步骤如下所示：(2-1)求出包含天空区域有雾图像的暗通道Jdark像素值大小前0.1％的像素；(2-2)找到(2-1)像素位置对应输入包含天空区域有雾图像I的像素点，求出这些像素最大像素值作为大气光A；13.根据以下公式求包含天空区域有雾图像的透射率ω(0≤ω≤1)是用来控制去雾强度的控制因子，这个参数是为了去雾效果更加真实，一般取0.95为宜；步骤2.包含天空区域有雾图像透射率的导向滤波；由于包含天空区域有雾图像的透射率有明显不连续的区域，直接去雾图像会出现块状的锯齿边缘，效果不是很好，所以需要用滤波进行平滑处理，但是普通的中值滤波，高斯滤波会破坏透射率的规律性，所以需要使用有效保持边缘的导向滤波；根据以下公式将导向滤波应用于计算包含天空区域有雾图像的透射率：其中，ψ是偏移量，是滤波后的透射率，I(q)是导向图，s＝(sr,sg,sb)T是缩放向量，我们将公式(2)求得的透射率作为导向图输入，设定滤波窗口W是公式(1)暗通道窗口Ω(x)大小的4倍，通过最小二乘法(如公式4所示)使块状透射率值t*和的差...

【专利技术属性】
技术研发人员：董天阳，朱浩楠，范菁，杨丽锦，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33