CN100401775C - 抗雾干扰摄像系统 - Google Patents

Abstract

抗雾干扰摄像系统，摄像机采集到的图像信号输送给模数转换器，将数字图像信号经图像采集器采集后通过数据接口输送给阈值判断器，阈值判断器判断图像的清晰程度，将图像对比度信号输送给计算机，如图像受到天气影响退化，经除雾处理模块对退化图像进行处理得到复原图像，再将复原图像信号输送给图像增强模块，对复原图像进行增强处理，其工作流程为：(1)初始化；(2)图像采集；(3)图像预处理；(4)阈值判断；(5)计算散射模型参数；(6)除雾处理；(7)图像增强；(8)是否超过阈值；(9)显示图像，本发明具有结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低等优点，适用于交通道路监测等户外拍摄的环境。

Description

抗雾干扰摄像系统

技术领域

本发明属于户外摄像技术，特别涉及一种抗雾干扰摄像系统，对受到雾衰减图像进行复原的方法。

背景技术

目前，在拍摄户外景物的时候，摄像效果受到天气条件的影响比较严重。天气情况良好时拍摄效果比较清晰，但是在天气条件比较恶劣的情况下(如：霾、雾等天气条件)摄像效果比较模糊，严重时会产生比较严重的失真和信息丢失。天气条件对摄像系统拍摄的图像效果影响显著，严重影响摄像系统的性能和稳定性。针对户外摄像系统遇到的这一问题，需要设计一种抗雾干扰的摄像系统。该摄像系统在进行户外拍摄时应该有效地抑制天气条件给摄像效果带来的影响。在晴朗的天气条件下，该系统和其它摄像系统一样对拍摄目标进行拍摄，在天气条件恶劣的情况下，该摄像系统能够对拍摄到的受天气干扰而退化的图像进行复原，将退化图像复原到比较清晰的情况，使得在恶劣的天气条件下，户外摄像系统依然能够保持较好的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对户外摄像系统中存在的技术问题，提供一种结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低的抗雾干扰摄像系统，适用于交通道路监测等户外拍摄的环境。

本发明包括摄像机、模数转换器、图像采集器、数据接口、阈值判断器、计算机、除雾处理模块、图像增强模块和显示器，摄像机采集到的图像信号输送给模数转换器，模数转换器将模拟图像信号转换为数字图像信号，经图像采集器采集后通过数据接口输送给阈值判断器，阈值判断器判断图像的清晰程度，将图像对比度信号输送给计算机，如图像受到天气影响退化，经除雾处理模块对退化图像进行除雾处理得到复原图像，再将复原图像信号输送给图像增强模块，对复原图像进行增强处理，最后复原后的图像在显示器中显示，所述除雾处理根据大气二色散射模型得到天空亮度、大气光色度方向单位向量、图像景物深度，模拟天气条件对图像衰减的逆过程对图像序列进行除雾处理。

本发明的抗雾干扰摄像系统的工作流程，其工作步骤为：

(1)初始化，对系统进行初始化处理；

(2)图像采集，使用摄像机对拍摄目标进行拍摄，通过图像采集器对拍摄到的图像进行采集；

(3)图像预处理，对采集的图像进行平滑和锐化处理，消除图像噪声，使图像的边缘变得清晰；

(4)是否超过阈值，对采集到的图像进行对比度阈值判断，若大于阈值则进入步骤(9)显示图像，否则计算散射模型参量进行图像处理；

(5)计算散射模型参量，根据大气散射模型计算图像的景物深度、天空亮度和大气光色度方向；

(6)除雾处理，模拟天气条件对图像衰减的逆过程对图像序列进行除雾处理；

(7)图像增强，通过直方图增强图像增强算法对亮度值低的复原图像进行图像增强，恢复图像的亮度使图像清晰；

(8)判断图像阈值，判断复原后的图像阈值，若图像阈值达到标准，则在显示器中显示图像，否则进入步骤(5)通过修改系数(即景物深度的系数)后，重新进行计算散射模型参量；

(9)显示图像，将复原图像通过显示器显示。

本发明具有结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低等优点，适用于交通道路监测等户外拍摄的环境。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的系统工作流程图；

图中：1摄像机、2模数转换器、3图像采集器、4数据接口、5阈值判断器、6计算机、7除雾处理模块、8图像增强模块、9图像显示器。

具体实施方式

结合实例进一步说明本发明的结构方案和工作过程。

如图1所示，一种抗雾干扰摄像系统，包括摄像机1、模数转换器2、图像采集器3、数据接口4、阈值判断器5、计算机6、除雾处理模块7、图像增强模块8和图像显示器9。摄像机1将拍摄图像信号输送给模数转换器2，模数转换器2将模拟图像信号转换为数字图像信号，经图像采集器3采集通过数据接口4输送给阈值判断器5，阈值判断器5用对比度来判断图像的衰减程度，如果天气条件恶劣，将图像受到衰减的对比度信号输送给计算机6计算散射模型参数，再输送给除雾处理模块7，图像受到天气影响退化，除雾处理模块7对受天气影响而退化的图像进行处理得到复原图像，再经图像增强模块8对复原图像进行增强处理，最后复原后的图像在显示器9中显示。

如图2所示，本发明的系统工作流程是：

(1)初始化，对摄像系统的各个部分进行初始化，包括对摄像机参数的设定，对采样周期的设定和对图像显示器的初始化；

(2)采集图像，摄像机拍摄的图像首先经过模数转换器处理，将摄像机拍摄的图像转变为数字图像序列，然后通过图像采集器采集图像，通过数据接口将图像输入计算机；

(3)图像预处理，对原始图像的平滑和锐化，使得图像噪声被消除，图像的边缘也变得清晰；

(4)是否超过阈值，每隔一定周期对输入计算机的图像进行采样，通过判断图像的对比度来判断图像的衰减程度，如果图像受衰减程度很小，在阈值范围之内，则不需要经过图像复原过程，图像通过显示器直接显示。如果天气条件恶劣，图像受到天气条件的影响比较严重，图像的对比度低于阈值范围，则需要计算散射模型参数，对图像序列进行除雾处理，将图像复原；

(5)计算散射模型参数，根据大气二色散射模型计算天空亮度、大气光色度方向单位向量、图像景物深度。在三维坐标系中，令R、G、B分别代表红、绿、蓝三种颜色，分别为X、Y、Z的坐标轴，建立颜色坐标系。图像中像素点的颜色，在颜色坐标系中表示为

是大气光产生的色彩

和晴天场景点的色彩

的线性组合，也就是说

在颜色坐标系中位于相同的二色平面，则 $\stackrel{\→}{E}=\stackrel{\→}{D}+\stackrel{\→}{A},$

和可以分别用单位向量

和

来表示，

为场景点色度的方向单位向量，为大气光色度的方向单位向量，则 $\stackrel{\→}{D}=p\hat{D},$ $\stackrel{\→}{A}=q\hat{A},$ 其中p＝Re^-βd，q＝E_∞(1-e^-βd)，式中：p为直接传输幅值，q为大气光幅值，E_∞为天空亮度，R为景点晴天辐射度，β为大气散射系数，d为图像景物深度。求取天空亮度是先从图像中选择一小块天空的区域，再分别计算R、G、B三个色度分量上区域的亮度平均值， ${\stackrel{\‾}{E}}_R=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{iR}}/m,$ ${\stackrel{\‾}{E}}_G=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{iG}}/m,$ ${\stackrel{\‾}{E}}_B=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{iB}}/m$ (E_R为红色分量的亮度平均值，E_G为绿色分量的亮度平均值，E_B为蓝色分量的亮度平均值)，式中：E_iR、E_iG、E_iB分别为R、G、B三个色度像素点的亮度，m为所选天空区域像素点的总个数。则天空亮度E_∞由下式计算： $E_{\∞}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{E}}_R^2+{\stackrel{\‾}{E}}_G^2+{\stackrel{\‾}{E}}_B^2}.$ 大气光色度方向单位向量 $\hat{A}=\stackrel{\→}{E}/E_{\∞}.$ 对于图像景物深度，是将彩色图像转换为灰度图像，然后根据图像景物深度计算公式d＝-ln(1-E(d)/E_∞)/β求取，其中E(d)为景物点亮度。

(6)除雾处理，根据大气二色散射模型得到天空亮度、大气光色度方向单位向量、图像景物深度，模拟天气条件对图像衰减的逆过程对图像序列进行除雾处理；

(7)图像增强，经过图像复原后的图像亮度都有一定程度的衰减，通过直方图增强图像增强算法对亮度值较低的复原图像进行图像增强，恢复图像的亮度，使处理后的图像更加清晰；

(8)复原图像阈值，判断复原后的图像阈值是否达到标准，复原后的图像阈值若达到标准，则图像在显示器中显示，否则进入步骤(5)通过修改景物深度的系数后，重新进行计算散射模型参量，对退化图像重新复原；

(9)显示图像，经过复原和增强后的图像通过显示器显示。

除雾摄像系统针对户外图像拍摄时，对受到雾衰减的图像进行复原处理，提高摄像系统工作可靠性、图像清晰度高、复原效果好。

Claims (2)

1.抗雾干扰摄像系统，其特征是，包括摄像机、模数转换器、图像采集器、数据接口、阈值判断器、计算机、除雾处理模块、图像增强模块和显示器，摄像机采集到的图像信号输送给模数转换器，模数转换器将模拟图像信号转换为数字图像信号，经图像采集器采集后通过数据接口输送给阈值判断器，阈值判断器判断图像的清晰程度，将图像对比度信号输送给计算机，如图像受到天气影响退化，经除雾处理模块对退化图像进行除雾处理得到复原图像，再将复原图像信号输送给图像增强模块，对复原图像进行增强处理，最后复原后的图像在显示器中显示。

2.如权利要求1所述的抗雾干扰摄像系统，其特征是，所述除雾处理根据大气二色散射模型得到天空亮度、大气光色度方向单位向量、图像景物深度，模拟天气条件对图像衰减的逆过程对图像序列进行除雾处理。

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