CN102572374A

CN102572374A - 一种除雾图像采集装置

Info

Publication number: CN102572374A
Application number: CN2010105748805A
Authority: CN
Inventors: 董慧颖; 白鹤
Original assignee: Shenyang Ligong University
Current assignee: Shenyang Ligong University
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种除雾图像采集装置包括摄像机、模数转换器、图像采集器、数据接口、计算机、除雾处理模块、图像增强模块、图像存储器和图像显示器。摄像机与模数转换器对应连接，模数转换器与图像采集器对应连接，图像采集器与数据接口对应连接，数据接口与计算机对应连接，计算机与除雾处理模块对应连接，除雾处理模块与图像增强模块对应连接，图像增强模块和图像存储器对应连接，图像存储器和图像显示器对应连接。本发明具有结构简单、复原效果好、复原后图像清晰度高、使用方便、成本低等优点，使用于交通道路监测等户外拍摄环境。

Description

一种除雾图像采集装置

技术领域

本发明属于户外摄像装置领域，特别涉及一种除雾图像采集装置，即对受到雾衰减的图像进行复原的装置。

背景技术

目前的图像采集装置的设计都是针对天气状况良好的情况。但是，在户外环境应用时，是逃脱不掉恶劣天气的。归根结底，图像采集装置必须考虑包括那些能使他们在雾天气的情况下起作用的机制。天气良好情况下摄像效果比较清晰，但是，在有雾的不良天气下获得的图像会受到严重的影响，不仅摄像效果不好，严重时还会产生比较严重的失真和信息丢失。这大大降低了图像的应用价值，对生产与生活等各方面造成了极大的影响。例如，高速公路图像监视系统，在恶劣天气条件下得到的退化图像会对判断车辆信息和监控交通情况造成极大的困难。

针对户外摄像装置遇到的这一问题，需要设计一种除雾图像采集装置。该装置在进行户外摄像时应该有效地抑制天气条件给摄像效果带来的影响。在雾天气条件下，该图像采集装置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，使得在恶劣天气条件下，户外摄像装置依然能够保持较好的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种除雾图像采集装置，结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低的除雾图像采集装置，适用于交通道路监测等户外拍摄的环境。

采用的技术方案是：

一种除雾图像采集装置包括摄像机、模数转换器、图像采集器、数据接口、计算机、除雾处理模块、图像增强模块、图像存储器和图像显示器。所述的摄像机为已知技术，故不重复叙述。

其技术要点在于：

摄像机的信号输出端与模数转换器的信号输入端对应连接，模数转换器的信号输出端与图像采集器的信号输入端对应连接，图像采集器的信号输出端与数据接口的信号输入端对应连接，数据接口的信号输出端和计算机的信号输入端对应连接，计算机的信号输出端与除雾处理模块的信号输入端对应连接，除雾处理模块的信号输出端与图像增强模块的信号输入端对应连接，图像增强模块的信号输出端和图像存储器的信号输入端对应连接，图像存储器的信号输出端和图像显示器的信号输入端对应连接。

如图2所示，本发明的工作流程是：

（1）初始化，对本装置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化器处理，将摄像机拍设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）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，通过判断图像的像素亮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，图像通过图像显示器直接显示。如果天气条件恶劣，图像受到天气条件影响比较严重，图像的像素亮度高于阈值范围，则需要计算检测图像，对图像序列进行除雾处理，将图像复原。

（4）估测透射率分布

在一个局部区域的透射率是恒定不变的：

(1)

是指观测到的图像强度，

是景物光线的强度，

是全球大气光成分，用来描述光线通过媒介透射到摄像机过程中没有被散射的部分

注意到取最小运算是对三个颜色通道单独进行操作的，该方程等价于：

(2)

这样，在三个颜色通道中使用最小操作运算，得到：

(3)

根据暗原色先验的规律,无雾自然图像的暗原色项

应该是接近于0的。

(4)

Ac 总是正的，从而：

(5)

把方程(5)带入方程(3)，可以简单地估算出透射率t：

(6)

事实上

Ac 是规格化的有雾图像

的暗原色。它直接提供了透射信息。如前所述，暗原色先验对天空区域不成立，但幸好在带雾的图像中天空的颜色总是同大气光A非常接近，所以在天空区域有：

又因为天空光来自无穷远处，其透射率趋近于0，所以式子(6)能较好地同时处理包含或者不包含天空的区域。并不需要事先把天空部分单独加以处理。

现实中，即使是很晴朗的天气，空气中总会不可避免地包含一些杂质分子。所以当看远处的物体时雾依然是存在的。而且，雾的存在是人们感知深度的一个基本线索，这一现象被称为空间透视。如果彻底地移除雾的存在，图像会看起来不真实，并且深度感会丢失。所以可以通过在方程(6)中引进一个常数ω (0<ω≤ 1) ，有针对性的保留一部分覆盖遥远景物的雾：

(7)

这一修正使得到的图像具有优美的特性，对于远处的物体，它能相应地保留更多的雾。 ω的值根据具体情况而定。

(5) 复原物体光线

有了透射分布，可以通过方程(1)复原物体的原始图像。但当t(x)接近0的时候，直接衰减项J(x)t(x)也会接近0。直接复原得到的原始图像倾向于包含噪音。因此，把透射因子t(x)设定了一个下限t0。这意味着某些雾稠密的区域仍然保留着一定数量的雾。

最终的复原J(x)通过下式实现：

(8)

t0的一个典型值是0.1。由于物体光线的亮度通常不及大气光线，经去雾处理后的图像看起来要黯淡一些。因此在显示时增加了J(x)的曝光。

(6) 估测大气光

以前的大多数单一图像去雾方法当中，大气光成分A通常是从不透明的含雾的像素中测得，可以通过暗原色来提高大气光的估测。首先选取暗原色中亮度最大的0.1%的像素，这些像素大都是不透明的。在从以上像素当中，输入图像中强度最大的像素点被选定为大气光，注意到它们并不一定是整幅图像里最亮的点。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。

（7）存储图像，对复原后的图像进行存储。

（8）显示图像，经过复原和增强后的图像经过图像显示器显示。

除雾图像采集系统主要针对户外图像的拍摄，对图像的处理进行了改进，引入了光度模型和动力学模型对受到雾干扰的图像进行复原，增强了户外摄像系统的鲁棒性，提高了图像采集系统的工作效率。

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

附图说明：

图1是本发明的装置结构框图。

图2是本发明的工作流程。

具体实施方式：

一种除雾图像采集装置包括摄像机1、模数转换器2、图像采集器3、数据接口4、计算机5、除雾处理模块6、图像增强模块7、图像存储器8和图像显示器9。

摄像机1的信号输出端与模数转换器2的信号输入端对应连接，模数转换器2的信号输出端与图像采集器3的信号输入端对应连接，图像采集器3的信号输出端与数据接口4的信号输入端对应连接，数据接口4的信号输出端和计算机5的信号输入端对应连接，计算机5的信号输出端与除雾处理模块6的信号输入端对应连接，除雾处理模块6的信号输出端与图像增强模块7的信号输入端对应连接，图像增强模块7的信号输出端和图像存储器8的信号输入端对应连接，图像存储器8的信号输出端和图像显示器9的信号输入端对应连接。

如图1所示，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信号，经图像采集器3采集后通过数据接口4输送给计算机5，计算物理模型参数和光度模型参数，再输送给除雾处理模块6、除雾处理模块6根据计算机5计算模型的参数，模拟天气条件对图像衰减的逆过程对图像序列进行除雾复原图像，再输送给图像增强模块7，最后在图像存储器8、图像显示器9中存储和显示复原后的图像。

Claims

1.一种除雾图像采集装置包括摄像机(1)、模数转换器(2)、图像采集器(3)、数据接口(4)、计算机(5)、除雾处理模块(6)、图像增强模块(7)、图像存储器(8)和图像显示器(9)，其特征在于：摄像机(1)的信号输出端与模数转换器(2)的信号输入端对应连接，模数转换器(2)的信号输出端与图像采集器(3)的信号输入端对应连接，图像采集器(3)的信号输出端与数据接口(4)的信号输入端对应连接，数据接口(4)的信号输出端和计算机(5)的信号输入端对应连接，计算机(5)的信号输出端与除雾处理模块(6)的信号输入端对应连接，除雾处理模块(6)的信号输出端与图像增强模块(7)的信号输入端对应连接，图像增强模块(7)的信号输出端和图像存储器(8)的信号输入端对应连接，图像存储器(8)的信号输出端和图像显示器(9)的信号输入端对应连接。