專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像除霧裝置和圖像除霧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(tǒng)。
背景技術(shù)：
中國(guó)地理環(huán)境復(fù)雜，天氣多樣，霧天在大多數(shù)地區(qū)經(jīng)?？梢?jiàn)，而且個(gè)別地區(qū)還會(huì)受到沙塵天氣的影響。霧與沙塵天氣降低了戶(hù)外視頻圖像的能見(jiàn)度。另外，在大型城市中，由于空氣質(zhì)量的問(wèn)題，戶(hù)外視頻圖像的能見(jiàn)度也會(huì)降低。能見(jiàn)度的降低對(duì)于視頻圖像的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。特別是對(duì)于安防監(jiān)控領(lǐng)域，影響更加明顯。霧化圖像清晰化是圖像處理領(lǐng)域中的迫切的實(shí)用需求。同時(shí)最近幾年基于單幀圖像的除霧技術(shù)的突破使得霧化圖像除霧處理成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域越來(lái)越重要的研究方向。目前，霧化圖像清晰化方法主要有兩個(gè)方向:基于一般圖像增強(qiáng)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(qiáng)方法的除霧算法的有直方圖均值、空間銳化濾波、高頻加強(qiáng)濾波、小波增強(qiáng)、Retinex增強(qiáng)濾波等等。這些算法以增強(qiáng)圖像的對(duì)比度和能見(jiàn)度為出發(fā)點(diǎn)并 且與除霧沒(méi)有直接關(guān)系，對(duì)于由低照明等原因引起的視頻圖像能見(jiàn)度降低等問(wèn)題也可以進(jìn)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(lèi)方法在最近幾年取得技術(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般圖像增強(qiáng)的除霧方法。大氣物理模型描述了當(dāng)大氣中具有懸浮顆粒時(shí)攝像裝置拍攝或人眼觀察物體的光學(xué)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(biāo)。J(X)為物體反射光圖像，表示沒(méi)有霧的圖像，或者可以說(shuō)是除霧處理的結(jié)果圖像。A為圖像中天空的一點(diǎn)(以下也稱(chēng)作“天空點(diǎn)”)的RGB值，以下也稱(chēng)作天空點(diǎn)參數(shù)。如果當(dāng)前輸入圖像中沒(méi)有天空存在，則將圖像中霧濃度最強(qiáng)的點(diǎn)視作天空點(diǎn)。t(X)定義了空氣介質(zhì)的傳輸函數(shù)，描述了物體反射光經(jīng)過(guò)空中懸浮顆粒的散射以后殘留下來(lái)而達(dá)攝像裝置的比例。t(X)是一個(gè)大于O且小于I的標(biāo)量數(shù)據(jù)，圖像中每個(gè)像素具有一個(gè)t (X)。I⑴、J (X)與A均為圖像RGB的矢量數(shù)據(jù)。以下參照

圖1說(shuō)明式(I)。圖1是大氣模型公式的示意圖。圖1左側(cè)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(jīng)過(guò)空中懸浮顆粒散射以后存留下來(lái)的部分J(X)t(X)，第二部分為空中懸浮顆粒散射太陽(yáng)光所造成的大氣環(huán)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(shù)，具體表示為t(X) = e_0d(x) (2)其中，cKX)是圖像中一物體點(diǎn)與攝像裝置(人眼)之間的距離，因此t(X)也稱(chēng)作“距離參數(shù)”。β是大氣散射系數(shù)，是常數(shù)。
由式(I)與式(2)可以看出物體反射光到達(dá)攝像裝置的強(qiáng)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(yuǎn)，則光線衰減越厲害；大氣環(huán)境光到達(dá)攝像裝置的強(qiáng)度A(l-t(x))與距離d(X)成正比，距離越遠(yuǎn)，光線越強(qiáng)，所以在無(wú)窮遠(yuǎn)處呈現(xiàn)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(cuò)的除霧效果。在表I中列舉了一些相關(guān)算法。表I基于大氣模型的除霧算法
權(quán)利要求
1.一種圖像除霧裝置，用于對(duì)輸入圖像進(jìn)行除霧處理，所述圖像除霧裝置包括: 預(yù)處理單元，其用于求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為變化幀或者不變幀； 變化巾貞精參數(shù)求取單元，其用于求取所述變化巾貞的精距離參數(shù)； 不變幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述不變幀的精距離參數(shù)； 圖像除霧單元，其利用由所述變化幀精參數(shù)單元求出的精距離參數(shù)對(duì)所述變化幀進(jìn)行除霧處理，以及利用由所述不變幀參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)對(duì)所述不變幀進(jìn)行除霧處理； 其中，所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域，以及根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)和/或所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)； 其中，所述不變幀精參數(shù)求取單元根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述不變幀的精距離參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述預(yù)處理單元借助于一個(gè)運(yùn)算窗口根據(jù)由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的像素值計(jì)算位于所述運(yùn)算窗口中心的像素的粗距離參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2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: 粗參數(shù)存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)由所述預(yù)處理單元求出的粗距離參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)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: 精參數(shù)存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)由所述變化巾貞精參數(shù)求取單元和所述不變巾貞精參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述預(yù)處理單元在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為所述變化幀，以及在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比未發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為所述不變幀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元通過(guò)所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相減將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化巾貞精參數(shù)求取單元通過(guò)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)的精細(xì)化來(lái)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述粗參數(shù)變化區(qū)域分割為像素變化區(qū)域和像素不變區(qū)域； 所述變化幀精參數(shù)求取單元根據(jù)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述像素變化區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述像素不變區(qū)域的精距離參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元判斷所述像素變化區(qū)域是否是連通的圖像區(qū)域； 如果所述像素變化區(qū)域是連通的圖像區(qū)域，則所述變化幀精參數(shù)求取單元將所述像素變化區(qū)域分割為第一圖像區(qū)域和第二圖像區(qū)域以及使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)并且對(duì)所述第二區(qū)域的邊緣進(jìn)行修正，其中，在所述第一圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)不小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)，在所述第二圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)； 如果所述像素變化區(qū)域不是連通的圖像區(qū)域，則所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像除 霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元通過(guò)以下方式對(duì)所述第二區(qū)域的邊緣進(jìn)行修正:借助所述運(yùn)算窗口以所述第二區(qū)域的邊緣上的每個(gè)像素為中心計(jì)算由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的粗距離參數(shù)的最小值，然后使由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的精距離參數(shù)等于所述最小值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像除霧裝置，其特征在于， 所述變化幀精參數(shù)求取單元使所述像素不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
13.一種圖像除霧方法，所述圖像除霧方法對(duì)輸入圖像進(jìn)行除霧處理，所述圖像除霧方法包括以下方法步驟: 求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為變化中貞或者不變巾貞; 求取所述變化幀的精距離參數(shù)； 求取所述不變幀的精距離參數(shù)； 利用所述變化幀的精距離參數(shù)對(duì)所述變化幀進(jìn)行除霧處理，以及利用所述不變幀的精距離參數(shù)對(duì)所述不變幀進(jìn)行除霧處理； 其中，將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域，根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的精距離參數(shù)，而根據(jù)前一幀圖像的精距離參數(shù)和/或所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)， 其中，根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述不變幀的精距離參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像除霧方法，其特征在于， 借助于一個(gè)運(yùn)算窗口根據(jù)由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的像素值計(jì)算位于所述運(yùn)算窗口中心的像素的粗距離參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的圖像除霧方法，其特征在于， 在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為所述變化幀， 在所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相比未發(fā)生變化的情況下將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為所述不變幀。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的圖像除霧方法，其特征在于，通過(guò)所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)與所述前一幀圖像的粗距離參數(shù)相減將所述變化幀分割為粗距離參數(shù)不變區(qū)域和粗距離參數(shù)變化區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的圖像除霧方法，其特征在于，使所述粗距離參數(shù)不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的圖像除霧方法，其特征在于，通過(guò)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)的精細(xì)化來(lái)求取所述粗距離參數(shù)變化區(qū)域的精距離參數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的圖像除霧方法，其特征在于，將所述粗參數(shù)變化區(qū)域分割為像素變化區(qū)域和像素不變區(qū)域；根據(jù)所述粗參數(shù)變化區(qū)域的粗距離參數(shù)求取所述像素變化區(qū)域的精距 離參數(shù)，而根據(jù)所述前一幀圖像的精距離參數(shù)求取所述像素不變區(qū)域的精距離參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像除霧方法，其特征在于， 判斷所述像素變化區(qū)域是否是連通的圖像區(qū)域； 如果所述像素變化區(qū)域是連通的圖像區(qū)域，則將所述像素變化區(qū)域分割為第一圖像區(qū)域和第二圖像區(qū)域以及使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)并且對(duì)所述第二區(qū)域的邊緣進(jìn)行修正，其中，在所述第一圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)不小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)，在所述第二圖像區(qū)域中所述當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)小于所述前一幀圖像的相應(yīng)粗距離參數(shù)； 如果所述像素變化區(qū)域不是連通的圖像區(qū)域，則使所述像素變化區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于其粗距離參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的圖像除霧方法，其特征在于， 通過(guò)以下方式對(duì)所述第二區(qū)域的邊緣進(jìn)行修正:借助所述運(yùn)算窗口以所述第二區(qū)域的邊緣上的每個(gè)像素為中心計(jì)算由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的粗距離參數(shù)的最小值，然后使由所述運(yùn)算窗口覆蓋的所有像素的精距離參數(shù)等于所述最小值。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像除霧方法，其特征在于， 使所述像素不變區(qū)域的各像素的精距離參數(shù)等于所述前一幀圖像的相應(yīng)像素的精距離參數(shù)。
23.一種圖像處理系統(tǒng)，所述圖像處理系統(tǒng)包括攝像裝置、輸出單元和根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的圖像除霧裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像除霧裝置，包括預(yù)處理單元，其用于求取當(dāng)前幀圖像的粗距離參數(shù)以及根據(jù)所述粗距離參數(shù)將所述當(dāng)前幀圖像歸類(lèi)為變化幀或者不變幀；變化幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述變化幀的精距離參數(shù)；不變幀精參數(shù)求取單元，其用于求取所述不變幀的精距離參數(shù)；圖像除霧單元，其利用由所述變化幀精參數(shù)單元求出的精距離參數(shù)對(duì)所述變化幀進(jìn)行除霧處理，以及利用由所述不變幀參數(shù)求取單元求出的精距離參數(shù)對(duì)所述不變幀進(jìn)行除霧處理。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的圖像除霧方法和一種圖像處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103226809SQ20121002141
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者三好雅則, 伊藤誠(chéng)也, 李媛, 王瑾娟 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所