CN102572375A - 一种抗雪干扰图像采集装置 - Google Patents

Abstract

一种抗雪干扰图像采集装置，包括摄像机、模数转换器、通讯接口、计算机、雪处理模块、图像存储器、图像显示器，摄像机将摄到的模拟图像送给模数转换器，模数转换器将数字图像信号经通讯接口输入给计算机，然后经过雪处理模块将复原的图像信号输送给图像增强模块，对复原的图像进行增强处理，然后存储在存储器中，同时显示复原后的图像，该发明具有结构简单、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

一种抗雪干扰图像采集装置

技术领域

本发明属于户外摄像技术，特别涉及一种除雪装置，对受到雪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，在不良的天气条件下，如雪天，图像的质量严重退化，甚至目标模糊，难以辨认。这种情况严重影响了监控装置的稳定性，同时受到天气干扰而退化的图像还会影响到其它系统的正常工作。因此有必要对受天气影响图像进行复原，消除不良天气对图像质量的影响，以保证装置的稳定性。

近年已有从衰减和交叉极化考虑天气条件对陆地通信线路以及卫星通信线路的影响，这些研究均不是在可见光波段的。在可见光波段，天气条件对相机拍摄图像影响的研究则很少，有的文献是通过大气调制传递函数来对图像进行复原，有的文献是通过建立可见光在大气中传输的物理退化模型来重建图像。但是这些研究均仅限于将大气视为一种稳定介质，从物理光学的角度建立光在大气中传输的退化模型，然后对图像进行复原。然而，不稳定介质对图像影响的研究则是一个完全不同的领域。

为了能够从雪花污染的视频中去除雪花的影响，需要设计一种除雪摄像装置。该摄像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。在雪天气条件下，该摄像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

本发明的目的是针对户外摄像装置中存在的技术问题，提供一种结构简单、图像清晰度高、复原效果好、使用方便、成本低的除雪摄像装置，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、通讯接口、计算机、雪处理模块、图像存储器、图像显示器，摄像机将摄到的模拟图像送给模数转换器，模数转换器将数字图像信号经通讯接口输入给计算机，然后经过雪处理模块将复原的图像信号输送给图像增强模块，对复原的图像进行增强处理，然后存储在存储器中，同时显示复原后的图像。该发明具有结构简单、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图。

图中：1摄像机、2模数转换器、3图像采集器、4通讯接口、5计算机、6除雪处理模块、7图像增强模块、8图像存储器、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，一种抗雪干扰摄像装置，包括摄像机1、模数转换器2、图像采集器3、通讯接口4、计算机5、除雪处理模块6、图像增强模块7、图像存储器8、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信号，经图像采集器3采集后通过通讯接口4输送给计算机5计算物理模型参数和光度模型参数，再输送给除雪处理模块6、除雪处理模块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雪到复原图像，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。

如图2所示，本发明的工作流程是：

（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中的雪，对图像序列进行除雾处理，将图像复原。

（4）检测受雪影响的候选像素， 应用光度模型的约束去检测在视频中每帧受雪影响的侯选像素。由于一雪花在单位帧持续时间内产生正的亮度波动，因而，为发现第n帧侯选雪的像素，我们仅需考虑每一像素相应的三帧n-1,n,n+1的亮度                                                

,

和

。在这三帧中如果背景保持固定，那么亮度

和

相同，在第n帧由于雪产生的亮度变化必须满足限定 

 ，这里C是一极限值，代表有噪声时检测的雪花的亮度最小变化。应用约束C取1~20的整数进行了实验，检测出的几乎所有被雪花污染的像素。

（5）消除虚假雪花信号，对于第n帧中某个雪花污染的像素,我们验证它们的亮度变化值

与背景亮度

是否线性相关，应用等式

，

，

估计出线性适当的

值，若

则位于可接受范围之外去掉。其中，

为摄像机曝光时间； 

为雪花停留在单个像素上时间；

为雪花辐射光强在时间

的均值。

（6）进一步去除虚假信号

应用雪花的动力学模型，进一步去除残留的错误点。考虑相机观测一定区域的雪。雪花随机分布在这个区域内，并且以一定的速度下落。雪花在图像平面上的投影产生了随时间变化的随机场，这个随机场表示了图像空间中雪花的动力学。在此只考虑雪在图像上的投影，而不考虑雪的空间密度。因此，雪的动力学可以用二元场表示为

其中，

代表图像中的空间坐标，t代表时间。则相关函数仅依赖图像坐标的差

和时间差

，则相关函数可表示为：

  

相关性

是一高值。这是在连续范围内的相关性。

由于成像系统有一个有限的像素尺寸和曝光时间

。则在一个离散的范围内,用

表示相关性。这里

表示整数图像坐标内的位移，

表示总帧数上的滞后时间，任意结构离散的二元领域通过求持续时间

内连续二元领域的积分。因而,计算相关性

相当于计算在整个时间间隔

内

的值。作为一个结论，对所有被距离分割像素而言,

是一高值。表明像素在0点滞后时间的相关性

很高。这里

。由雪产生的二元领域，在雪方向上的相邻像素间存在很强的时间相关性，在一系列帧

中,应用估计的二元领域b，我们计算局部区域

的相邻的每一个像素的零阶线性相关性。即我们估算

,这里,

和

从

变化到

。为获得一较好的估计,我们把相邻的像素的值

平均。那些相关很小并且不具有方向相关性的像素被剔除，在应用了光度测定和动力学模型后，就可有效地检测出了被雪花污染的像素。

（7）除雪处理，视频图像被分割成含雪花和不含雪花的区域后，用以下方法去除视频图像中每帧图像的雪花。首先对第

、

、

、

这4帧图片中的亮度进行大小排序，然后用其中亮度小的2帧图片（例如第

帧和第

帧）像素亮度的均值

替代它的亮度

,即我们只需要用任意2个已知没有被雪花污染的相邻像素亮度的均值来代替该点就可以了。

（8）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。

（9）存储图像，对复原后的图像进行存储。

（10）显示图像，经过复原和增强后的图像经过显示器显示。

抗雪干扰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雪花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。

Claims (1)

1.一种抗雪干扰图像采集装置，其特征是，包括摄像机、模数转换器、通讯接口、计算机、除雪处理模块、图像增强模块、存储器和显示器，摄像机采集到的图像信号输送给模数转换器，模数转换器将数字图像信号输送给计算机，在经除雪处理模块将复原图像信号送给图像增强模块，最后存储在存储器中，同时在显示器中显示。

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