專利名稱：霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，對(duì)有霧場景下圖像的清晰化處理是一個(gè)重要的問題，它對(duì)于后續(xù)的操作(如目視解譯以及計(jì)算機(jī)視覺分析)來說至關(guān)重要。在可見光成像范圍內(nèi)，由于受到大氣中霧、塵埃等微粒的影響，隨著傳輸距離的增加，物體反射后到達(dá)相機(jī)感光片的光線很微弱，使得成像模糊不清，尤其是在大霧天氣下，能見度很低，大霧天氣下拍攝的圖像霧霾情況更加嚴(yán)重。因此，需要通過去霧手段恢復(fù)出成像微弱的細(xì)節(jié)部分，圖像去霧技術(shù)對(duì)平安城市的建設(shè)尤其重要，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義:圖像去霧技術(shù)可適用于有霧場景下對(duì)非法車輛的跟蹤和識(shí)別，對(duì)大霧天氣下違法分子的監(jiān)控，以及對(duì)可能存在交通隱患的交通路段的監(jiān)視。目前，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，對(duì)霧霾圖像的霧天清晰化處理方法大致分為兩種:一種是通過提高對(duì)比度的增強(qiáng)方法，一種是基于物理模型的圖像復(fù)原方法。由于通過提高對(duì)比度的增強(qiáng)方法是一種相對(duì)手段，盡管提高了圖像清晰度，也增加了圖像細(xì)節(jié)，但是可能帶來的負(fù)面影響是:丟失圖像部分細(xì)節(jié)、顏色失真等。如基于視網(wǎng)膜大腦皮層理論算法(Retinex算法)，最根本的問題是不能去除圖像中霧的成分；而基于物理模型的圖像復(fù)原技術(shù)從霧的產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)去除圖像中的霧霾影響，得到的圖像具有無霧場景的真實(shí)感，如暗通道先驗(yàn)去霧技術(shù)，它是一種簡單實(shí)用的去霧方法，不但適用于霧天場景，而且也能應(yīng)用于無霧天氣下而不改變景深、顏色、細(xì)節(jié)等場景信息。對(duì)于圖像的很多非天空?qǐng)鼍皡^(qū)域，在某些像素點(diǎn)上至少存在一種彩色通道具有非常低的亮度，接近黑色的帶點(diǎn)。這個(gè)黑點(diǎn)主要來源于三方面:物體的陰影、黑色物體及表面、顏色鮮艷的物體。換句話說，這些區(qū)域的最小亮度應(yīng)該有非常低的值。形式上，對(duì)于一幅圖片J，定乂:`嚴(yán)W= min(min (Jc(V)))
ce{r,g,b} yeil(x)■其中，Γ是圖像J的一個(gè)彩色通道(即RGB三顏色的一種)，Ω (X)是中心在X處的一個(gè)局部圖像模塊。觀察到對(duì)于一幅沒有霧霾的戶外景物圖像，除了天空區(qū)域，JdaA的亮度非常小，經(jīng)常趨于零。因此，稱Jdart為圖像J的暗通道(dark channel)。暗通道的低亮度主要是由于以下三個(gè)方面造成的:(I)陰影:例如，都市風(fēng)景圖像中的汽車、建筑物、窗戶等的陰影，或者山水風(fēng)景圖像中巖石、樹及樹葉的陰影。(2)物體或各種表面的色彩:例如，許多物體(例如綠色的草、樹及各種植物，紅色或黃色的花及樹葉，藍(lán)色的海水表面等)由于只有單一的一種顏色，缺少RGB三通道顏色的其它顏色，將導(dǎo)致暗通道的低亮度。(3)暗的物體或表面:例如，顏色比較暗的樹干和石頭，由于戶外自然景物圖像充滿了陰影和各種色彩，因此這些圖像的暗通道亮度較低。但在有霧的場景中，這些原本是黑色的點(diǎn)不再“偏黑”，因此可以用來估計(jì)霧氣的濃度，進(jìn)一步計(jì)算場景景深信息。暗通道的計(jì)算是圖像去霧技術(shù)的關(guān)鍵步驟。何愷明等人提出暗通道先驗(yàn)?zāi)Ｐ秃螅蟛糠钟?jì)算暗通道的方法都是通過傳統(tǒng)的利用設(shè)置固定的方形模板大小來計(jì)算的。特別的，安科智慧城市技術(shù)有限公司提出了一種自適應(yīng)獲取每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模板窗口的方法，根據(jù)最小方差對(duì)應(yīng)的模板窗口獲取對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的暗通道值。但是這種方法需要事先計(jì)算每個(gè)預(yù)先設(shè)置窗口對(duì)應(yīng)的方差，然后選取最優(yōu)的窗口，這大大增加了多余計(jì)算量和計(jì)算復(fù)雜度。由于在傳統(tǒng)計(jì)算暗通道時(shí)，圖像上每個(gè)像素點(diǎn)的方形鄰域都需要計(jì)算一遍最小值，花費(fèi)了比較長的時(shí)間，并且存在重復(fù)計(jì)算。如，利用傳統(tǒng)方形模板計(jì)算15大小的暗通道，則需要使用的大小為15*15，計(jì)算面積為225。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的基于十字形模板的霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法，利用十字形模塊，采用先按橫向后按縱向(或者先按縱向后按橫向)的方法求暗通道，代替?zhèn)鹘y(tǒng)一次性求得模板內(nèi)的最小值的方法，可有效減少計(jì)算面積和計(jì)算量，避免重復(fù)計(jì)算，節(jié)約計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)暗通道的快速計(jì)算。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法，它包括以下步驟:S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口組成，橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口分別由M個(gè)、N個(gè)暗通道窗口組成，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)暗通道像素點(diǎn)；S2:首先計(jì)算任意一個(gè)方向的暗通道值，計(jì)算過程為:S21:在所選取方向上的暗通道模板窗口中，選擇一個(gè)暗通道窗口 i為中心窗口或中心像素點(diǎn)；S22:計(jì)算該方向上所有I M個(gè)暗通道窗口位置的像素值，將其中的最小值作為該暗通道窗口 i的像素值；S23:以一個(gè)像素為步長,移動(dòng)該方向的暗通道窗口，像素點(diǎn)位置變成為2 M+1 ;S24:由于移動(dòng)后的M個(gè)數(shù)與移動(dòng)前的M個(gè)數(shù)有關(guān)系，即少了位置I的數(shù)，增加了位置M+1的數(shù)，對(duì)比位置1、位置M+1以及上一次即步驟S22求得的最小像素值的大小關(guān)系，SP可確定移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+Ι的像素值，其具體方法是:(I)如果移動(dòng)后產(chǎn)生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值還小，則直接將該值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ；(2)如果上一次求得的最小值與位置I上的值相等，則重新計(jì)算最小值；(3)如果上一次求得的最小值與位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，則繼續(xù)把上一次的最小值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ;S25:重復(fù)步驟S23 S24，計(jì)算該方向上所有暗通道窗口的像素值；S3:按照與步驟S21 S25同樣的方法，計(jì)算另一個(gè)方向上的所有I N個(gè)暗通道窗口的像素值；
S4:比較橫向暗通道窗口與縱向暗通道窗口的值，將兩者中的最小值賦給圖像暗通道。
本發(fā)明的有益效果是:
I)采用十字形模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)方形模板，以15大小的模板為例，傳統(tǒng)模板所使用的大小為(15*15)，而改進(jìn)后模板減小為(15+15-1 )，計(jì)算面積大小從225減少到29，有效減少了暗通道計(jì)算的計(jì)算面積和計(jì)算量；
2)采用十字形模板，采用先按橫向后按縱向(或者先按縱向后按橫向)的方法求暗通道，代替?zhèn)鹘y(tǒng)一次性求得模板內(nèi)的最小值的方法，可有效避免重復(fù)計(jì)算，節(jié)約了計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了暗通道的快速計(jì)算；
3)暗通道窗口移動(dòng)一個(gè)像素的步長，分別將原暗通道窗口中的第一個(gè)像素點(diǎn)、移位后暗通道窗口中的移位新增像素點(diǎn)的值與原暗通道窗口所有像素點(diǎn)中的最小值進(jìn)行比較，只需比較三者的大小關(guān)系即可確定移位后的暗通道窗口的最小值，減少了比較和計(jì)算的次數(shù)和時(shí)間。


圖1為本發(fā)明暗通道快速計(jì)算方法流程圖2為計(jì)算指定方向上所有暗通道窗口像素值的方法流程圖3為本發(fā)明暗通道模板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
如圖1所示，霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法，它包括以下步驟:
S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口組成，橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口分別由M個(gè)、N個(gè)暗通道窗口組成，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)暗通道像素點(diǎn)；
S2:首先計(jì)算任意一個(gè)方向的暗通道值，如圖2所示，其計(jì)算過程為:
S21:在所選取方向上的暗通道模板窗口中，選擇一個(gè)暗通道窗口 i為中心窗口或中心像素點(diǎn)；
S22:計(jì)算該方向上所有I M個(gè)暗通道窗口位置的像素值，將其中的最小值作為該暗通道窗口 i的像素值；
S23:以一個(gè)像素為步長,移動(dòng)該方向的暗通道窗口，像素點(diǎn)位置變成為2 M+1 ;
S24:由于移動(dòng)后的M個(gè)數(shù)與移動(dòng)前的M個(gè)數(shù)有關(guān)系，即少了位置I的數(shù)，增加了位置M+1的數(shù)，對(duì)比位置1、位置M+1以及上一次即步驟S22求得的最小像素值的大小關(guān)系，SP可確定移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+1的像素值，其具體方法是:
(I)如果移動(dòng)后產(chǎn)生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值還小，則直接將該值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+1 ；
(2)如果上一次求得的最小值與位置I上的值相等，則重新計(jì)算最小值；
(3)如果上一次求得的最小值與位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，則繼續(xù)把上一次的最小值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+1 ;
S25:重復(fù)步驟S23 S24，計(jì)算該方向上所有暗通道窗口的像素值；
S3:按照與步驟S21 S25同樣的方法，計(jì)算另一個(gè)方向上的所有I N個(gè)暗通道窗口的像素值；
S4:比較橫向暗通道窗口與縱向暗通道窗口的值，將兩者中的最小值賦給圖像暗通道。
如圖3所示，對(duì)于15大小的暗通道模板，霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法包括以下步驟:
S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由橫向15個(gè)暗通道窗口和縱向15個(gè)暗通道窗口組成，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)暗通道像素點(diǎn)；
S2:首先計(jì)算橫向暗通道窗口的暗通道值，計(jì)算過程為；
S21:在橫向暗通道模板窗口中，選擇位置8為中心窗口即中心像素點(diǎn)；
S22:計(jì)算橫向暗通道模板窗口中所有I 15個(gè)暗通道窗口位置的像素值，將其中的最小值作為中心窗口位置8的像素值；
S23:以一個(gè)像素為步長,移動(dòng)橫向暗通道窗口，像素點(diǎn)位置變成為2 16 ;
S24:由于移動(dòng)后的M個(gè)數(shù)與移動(dòng)前的M個(gè)數(shù)有關(guān)系，即少了位置I的數(shù)，增加了位置16的數(shù)，對(duì)比位置1、位置16以及上一次即步驟S22求得的最小像素值的大小關(guān)系，即可確定移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置9的像素值，其具體方法是:
(I)如果移動(dòng)后產(chǎn)生的位置16上的值比上一次求得的最小值還小，則直接將該值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置9 ;
(2)如果上一次求得的最小值與位置I上的值相等，則重新計(jì)算最小值；
(3)如果上一次求得的最小值與位置I上的值不相等，且位置16上的像素值大于上一次求得的最小值，則繼續(xù)把上一次的最小值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置9 ；
計(jì)算橫向暗通道窗口中所有15個(gè)位置上的像素，求出所有像素點(diǎn)中的最小值，將該最小值作為橫向暗通道窗口中心像素點(diǎn)(位置8)上的值；
S25:重復(fù)步驟S23 S24，計(jì)算橫向暗通道窗口上所有窗口的像素值；
S3:按照與步驟S21 S25同樣的方法，計(jì)算縱向暗通道模板窗口中所有I 15個(gè)暗通道窗口位置的像素值；
S4:比較橫向暗通道窗口與縱向暗通道窗口的值，將兩者中的最小值賦給圖像暗通道。
權(quán)利要求
1.霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法，其特征在于:它包括以下步驟: S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口組成，橫向暗通道窗口和縱向暗通道窗口分別由M個(gè)、N個(gè)暗通道窗口組成，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)于一個(gè)暗通道像素點(diǎn)； 52:首先計(jì)算任意一個(gè)方向的暗通道值，計(jì)算過程為: 521:在所選取方向上的暗通道模板窗口中,選擇一個(gè)暗通道窗口 i為中心窗口或中心像素點(diǎn)； 522:計(jì)算該方向上所有I M個(gè)暗通道窗口位置的像素值，將其中的最小值作為該暗通道窗口 i的像素值； 523:以一個(gè)像素為步長,移動(dòng)該方向的暗通道窗口，像素點(diǎn)位置變成為2 M+1 ; 524:由于移動(dòng)后的M個(gè)數(shù)與移動(dòng)前的M個(gè)數(shù)有關(guān)系，即少了位置I的數(shù)，增加了位置M+1的數(shù)，對(duì)比位置1、位置M+1以及上一次即步驟S22求得的最小像素值的大小關(guān)系，即可確定移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+Ι的像素值，其具體方法是: (1)如果移動(dòng)后產(chǎn)生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值還小，則直接將該值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ； (2)如果上一次求得的最小值與位置I上的值相等，則重新計(jì)算最小值； (3)如果上一次求得的最小值與位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，則繼續(xù)把上一次的最小值賦值給移動(dòng)后的暗通道中心窗口即位置i+1 ; 525:重復(fù)步驟S23 S24，計(jì)算該方向上所有暗通道窗口的像素值； 53:按照與步驟S21 S25同樣的方法，計(jì)算另一個(gè)方向上的所有I N個(gè)暗通道窗口的像素值； 54:比較橫向暗通道窗口與縱向暗通道窗口的值，將兩者中的最小值賦給圖像暗通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種霧霾圖像暗通道快速計(jì)算方法，包括以下步驟S1建立十字形暗通道模板；S2首先計(jì)算任意一個(gè)方向上所有1～M暗通道窗口的像素值；S3計(jì)算另一個(gè)方向上的所有1～N個(gè)暗通道窗口的像素值；S4比較橫向暗通道窗口與縱向暗通道窗口的值，將兩者中的最小值賦給圖像暗通道。本發(fā)明采用十字形模板，以15大小的模板為例，計(jì)算面積從225減少到29，有效減少了計(jì)算面積和計(jì)算量；同時(shí)，可有效避免重復(fù)計(jì)算，節(jié)約計(jì)算時(shí)間；只需比較原第一個(gè)像素點(diǎn)、移位新增像素點(diǎn)的值與原最小值即可確定移位后的最小值，減少了比較和計(jì)算的次數(shù)和時(shí)間。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103198458SQ20131012341
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者劉軍, 肖然, 何琦, 宋博 申請(qǐng)人:成都國騰電子技術(shù)股份有限公司