一種霧霾條件下視頻圖像增強方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種霧靈條件下視頻圖像增強方法，適 用于機器視覺應(yīng)用的前期圖像增強預(yù)處理，可廣泛應(yīng)用于在霧靈天氣條件下的道路交通監(jiān) 控、行車記錄、安防監(jiān)控、無人機地面?zhèn)刹斓纫曨l圖像應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國的大氣污染越來越嚴(yán)重，由此產(chǎn)生的霧靈導(dǎo)致大氣能見度降低，戶外 視頻監(jiān)視系統(tǒng)很難直接得到具有較高清晰度的圖像信息，直接導(dǎo)致監(jiān)視系統(tǒng)失效。為此，在 攝像機得到的視頻圖像基礎(chǔ)上利用軟件算法進行視頻圖像去霧處理，增加圖像清晰度具有 重要意義。
[0003] 在過去的十幾年里，國內(nèi)外學(xué)者針對單幅圖像去霧開展了很多研究，并提出了多 種有效的圖像去霧方法。而在視頻圖像去霧方面，由于存在視頻序列相鄰帖之間高冗余性 數(shù)據(jù)應(yīng)用、各帖圖像透射率信息獲取W及視頻編輯圖像時空一致性保持等特殊問題，相關(guān) 研究工作相對單幅圖像去霧研究較為缺乏。目前已提出的視頻圖像去霧方法包括兩種類 型。一種方法是針對具有固定背景的有霧視頻，將其背景進行一次去霧處理，后續(xù)帖背景采 用前帖去霧后背景替換;對其余區(qū)域進行逐帖去霧。該方法運算量相對較少，但僅適用于存 在固定背景的視頻應(yīng)用。另一種方法是采用光流法進行運動估計，然后利用視頻圖像前后 帖的透射率信息及運動估計結(jié)果構(gòu)造馬爾科夫場，通過求解全局最優(yōu)值來獲得本帖透射 率。此種方法利用了相鄰帖之間高冗余性的圖像數(shù)據(jù)，保持了時空一致性，但由于求解全局 最優(yōu)需要解算大型稀疏方程，運算量極大，不適合于具有實時性要求的視頻應(yīng)用場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種霧靈條件下視頻圖像增強方法，通過利用相鄰圖像 帖的數(shù)據(jù)信息，既保持了時間連續(xù)性且處理速度能夠滿足視頻處理的實時性要求，滿足實 時去霧功能的同時，能夠有效地消除去霧后視頻圖像閃爍。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是運樣實現(xiàn)的：
[0006] -種霧靈條件下視頻圖像增強方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一、求取基于時間連續(xù)自適應(yīng)調(diào)整的大氣光值，具體為：
[000引A、針對輸入視頻的當(dāng)前帖圖像Ik,獲得每一個像素點的Ξ個獨立的單通道圖像R、 G、B中的最小值，遍歷圖像Ik的各個像素點，得到暗通道圖Idark;
[0009] 將暗通道圖Idark中像素亮度值從大到小排列的前0.1%的像素點篩選出來，其它 像素點不考慮，形成大氣光區(qū)域圖；針對圖像Ik中與大氣光區(qū)域圖對應(yīng)位置的各個像素點， 獲得各個像素點通道R、通道GW及通道B的平均值，則得到的Ξ個平均值作為大氣光值，該 大氣光值為一個有R，G，B分量的向量。
[0010] B、對視頻中的每一帖圖像進行如a中所述的處理，獲得各帖圖像原始大氣光值；
[0011] C、如果視頻中當(dāng)前帖為第一帖，則將該帖圖像的原始大氣光值作為經(jīng)過學(xué)習(xí)得到 的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k，此時k = 0;
[0012] D、如果視頻中當(dāng)前帖非第一帖，則當(dāng)前帖的前N帖大氣光值W及當(dāng)前帖原始大氣 光值進行加權(quán)平均，作為經(jīng)學(xué)習(xí)得到的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k;其中，所述N至少取2,且小于或 等于k-1;
[0013] 步驟二、估計初始透射率圖，具體包括如下步驟：
[0014] S201、將圖像Ik各元素的值除W步驟一得到的經(jīng)過學(xué)習(xí)的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k，得到 圖像Ια,將圖像Ια劃分為半徑為r的窗口，求每個窗口中的各個像素點的R、G和ΒΞ通道中的 最小通道值，再從該窗口中各像素點的最小通道值中選擇一個最小值，得到每個窗口對應(yīng) 的暗通道圖I^A;將該暗通道圖1/A與加權(quán)系數(shù)ω的乘積后，再用1減去該乘積，最終估計得到 初始的透射率f(P);
[001引其中，半徑r的取值范圍為7-15個像素;加權(quán)系數(shù)ω取值范圍在0.90至0.99之間；
[0016] S202、判斷:如果視頻中的當(dāng)前帖為第一帖，則將透射率f(p)作為經(jīng)過調(diào)整得到的 當(dāng)前帖的初始透射率；
[0017] 如果視頻中當(dāng)前帖非第一帖，則通過時間相干性方法獲取調(diào)整后的初始透射率 圖，所述時間相干性方法求解透射率圖的方法進一步包括：
[0018] 將每一帖的RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV空間，得到Y(jié)通道的圖像將步驟一獲得的經(jīng) 過學(xué)習(xí)的大氣光值A(chǔ)k轉(zhuǎn)換為標(biāo)量：
[0019] Α=ΑΤ · 0.3+Ag · 0.59+Ab · 0.11 (4)
[0020] 其中AT、Ag和Ab分別表示大氣光值41^的；通道分量值；
[0021] S203、第k帖透射率tk(p)和k-1帖的透射率tk-i(p)在像素點P的關(guān)系為tk(p) = Tk (P)tk-l(P)，則時間相干性因子根據(jù)下式求出：
[00剖
（旬
[0023] 其中，Ik(p)和Ik-i(p)表示同一像素點P在第k帖和k-1帖Y通道的圖像所具有單通 道值，σ2表示模型的方差;所述σ2的取值為10;
[0024] S204、根據(jù)時間相干因子Tk，得到tk(p) =~(p)tk-i(p)后構(gòu)造代價函數(shù)，如下式所 述：
[0025]
倘
[0026] 其中，tk為最終要求的透射率，為未知數(shù);表示透射率估計的模型誤差，所述曰*2 取值為l〇;Np表示像素點P的鄰域像素點；tk-i(p)表示第k-1帖中像素點P的透射率;Ik-i(q) 表示第k-1帖圖像中像素點P的鄰域像素點的Y通道圖像的值；i'(q)表示像素點P的鄰域像素 點的透射率，由暗通道求得的初始透射率;所述a2取值為0.0052;
[0027] S205、求式(8)表示的代價E最小時的透射率tk;
[0028] 步驟Ξ、將輸入圖像的YUV空間的Y通道圖像作為導(dǎo)向圖像，初始透射率圖tk作為 輸入圖，對初始透射率tk導(dǎo)向濾波，得到各個區(qū)域塊最終的透射率t%
[0029] 步驟四、針對輸入的當(dāng)前帖圖像的各個像素點，通過W下公式得到去霧處理后的 圖像：
[0030]
辨
[0031] 其中，t^p)表示任意像素點P所在位置的最終的透射率，根據(jù)步驟3的最終的透射 率*^獲得;1(9)為輸入的368彩色圖像的像素點9的^通道值，41^%步驟一得到的^通道大氣 光值。
[0032] 較佳的，在所述步驟中，當(dāng)前帖的前N帖大氣光值W及當(dāng)前帖原始大氣光值進行加 權(quán)平均的具體方法如下：
[0033] 找到大氣光區(qū)域圖中亮度最小的像素點，求該像素點3X3窗口內(nèi)對應(yīng)圖像Ik中的 像素值的差值Bstd和平均值Bmean，再求該差值Bstd與平均值Bmean之間的差值：
[0034] L= iBstd-Bmean (1);
[0035] 最后，判斷當(dāng)前第k帖對應(yīng)的差值Lk與第k-1帖的差值Lk-1之間的差值是否小于或 等于預(yù)設(shè)的闊值Lthresh，若第k帖Lk與第k-1帖Lk-l差值小于或等于1^細34,則將當(dāng)前帖原始大 氣光值作為經(jīng)過學(xué)習(xí)得到的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k;否則將當(dāng)前帖的前N帖大氣光值W及當(dāng)前 帖原始大氣光值進行加權(quán)平均，作為經(jīng)學(xué)習(xí)得到的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k;其中，所述Lthresh取 值為0.02;
[0036] 所述經(jīng)學(xué)習(xí)得到的當(dāng)前帖大氣光值A(chǔ)k的R、G和B任意一個通道的值為：
[0037]
(；巧
[0038] 其中，4和4分別表示原始第k帖和第j帖大氣光，Ak表示經(jīng)過學(xué)習(xí)獲得的第k帖大 氣光，aj表示當(dāng)前帖更新權(quán)重;所述權(quán)重^的取值原則為，與當(dāng)前帖越近，取值越大，反之越 ?。?br>[0039] 較佳的，所述r取15。
[0040] 較佳的，ω取值范圍在0.94至0.96之間。
[0041] 較佳的，ω取值0.95。
[0042] 較佳的，所述步驟二中，得到時間相干性因子后，再得到基于區(qū)域塊的時間相干因 子，具體為：
[0043] 首先，計算圖像Ik中任意像素點Ρ在相鄰帖出現(xiàn)在同一個位置的概率，一種