CN104318519B - 一种基于边缘替代法的图像去雾方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘替代法的图像去雾方法，其中包括如下步骤：一种基于边缘替代法的图像去雾方法，首先按He方法对有雾图像计算初始暗原色图像，然后对初始暗原色图像利用“边缘替代法”进行修复处理，最后根据修复后的暗原色图像估计出天空光并计算出透射图，联合透射图、天空光以及原始有雾图像恢复出无雾图像。本发明具有较强的去雾能力且速度较快，能够应用于一般实时系统中。

Description

一种基于边缘替代法的图像去雾方法

技术领域

本发明为一种基于边缘替代法的图像去雾方法，属于数字图像处理领域。

背景技术

由于受到大气中漂浮水滴对光的折射、反射、自身吸收和自身成像，使得视频采集系统在雾天时所捕获的图像对比度较低。

当前主流的图像去雾方法分为两类：一类是图像增强方法，通过对有雾图像锐化处理来提高对比度，经典算法有直方图均衡和Retinex算法；另一类是基于大气散射模型的方法，通常情况下雾的浓度随着场景深度而改变，因此单幅图像去雾实质是一个病态问题，但近年来单幅图像去雾技术取得了较大的突破，大多利用了先验知识进行去雾，尤其以香港中文大学何凯明所提的暗原色先验去雾方法最为有效，能够应用于大多数的户外图像(以下简称He方法，文献下载地址http://research.microsoft.com/en-us/um/people/kahe/publications/cvpr09.pdf)，该方法需要将计算得到的初始透射图进行细化处理，即对初始透射图进行抠图处理，但抠图处理具有极高的时空复杂度，很大程度的阻碍了该算法在现实中的应用。

香港中文大学何凯明所提的暗原色先验去雾方法虽然去雾效果较好，但该方法需要将计算得到的初始透射图进行细化处理，即对初始透射图进行抠图处理，但抠图处理具有极高的时空复杂度，很大程度的阻碍了该算法在现实中的应用。

发明内容

技术方案：针对He方法中的透射图细化法(抠图处理)所需时间过长，不利于实时系统的应用。本发明仍基于暗原色先验理论，提供一种快速图像去雾方法，即一种基于边缘替代法的去雾方法，该方法能够对图像与或视频进行实时去雾，其核心思想是：摒弃了He方法中对初始透射图抠图修复处理操作，而是对初始暗原色图像利用“边缘替代法”进行修复处理，这样不仅能够有效的降低了计算复杂度，同时也提高了其去雾能力。本发明具体流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：获取有雾图像I；

步骤二：按He方法对有雾图像I进行最小操作得到初始暗原色图像Idark(此时最小操作方形邻域边长设置为15)；

步骤三：利用“边缘替代法”修复初始暗原色图像Idark，具体操作如下：

a)对初始暗原色图像Idark利用sobel算子进行边缘检测(边缘检测门限Vedge一般设为2.5)，得到Idark中梯度变化最明显的边缘点，然后以这些边缘点为中心，边长为r进行方形扩展。将Idark中的扩展部分的暗原色记为Iedge-dark，非扩展部分的暗原色记为Inonedge-dark；

b)设P点为Iedge-dark中的任意点，以P点为中心，边长a＝3的正方形区域作为P点的暗原色匹配区域Scan；

c)按He方法对匹配区域Scan中的所有点计算出匹配暗原色(此时最小操作方形邻域边长设置为3)，得到匹配暗原色集合IP-Scan；

d)在匹配暗原色集合IP-Scan中寻找与P点原始暗原色最接近的值，并将此值作为P点的新暗原色。按此操作遍历扩展部分Iedge-dark中的所有暗原色，得到扩展部分的新暗原色Inew-edge-dark；

e)对暗原色Inew-edge-dark利用双边滤波器进行边缘保持滤波，旨在平滑掉Inew-edge-dark中的纹理细节，但保留深度信息，滤波后得到Irefine-edge-dark。然后将初始暗原色图像Idark中的扩展部分的暗原色Iedge-dark全部替换为新的暗原色Irefine-edge-dark，得到修复后的暗原色图像Irefine-dark；

步骤四：统计出暗原色图像Irefine-dark中前0.1％强度较大的灰度值，并计算出其均值，记为天空光A。根据天空光A与暗原色图像Irefine-dark，按He方法计算出透射图t；

步骤五：根据透射图t、天空光A以及原始有雾图像I，按He方法复原出无雾图像J。

有益效果

本发明针对He方法去雾速度过慢，去雾力度不够强，提出了一种新的去雾方法，即一种基于边缘替代法的图像去雾方法。图3和图4为He方法与本发明对图2的去雾效果，可以看出本发明的处理效果优于He方法，清晰度也更高。表1为两种方法处理图2所需时间，与He方法相比，本发明去雾速度具有很大的优势。仿真语言为matlab(R2010b)，运行环境为Windows XP，计算机配置为Intel(R)Pentium(R)CPU G2030@3.00GHz with1.87GB RAM。

表1 去雾速度比较

去雾方法	处理图像	分辨率	时间（s)
				何凯明方法	图2	442*301	76.3872
本发明算法	图2	442*301	14.2317

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为原始有雾图像。

图3是何凯明方法处理后的图像。

图4是本发明处理后的图像。

具体实施方式

下面结合具体实例来详细描述本发明的去雾过程，具体过程如下所示。

步骤一：获取有雾图像I。

步骤二：按He方法对有雾图像I进行最小操作得到初始暗原色图像I^dark，最小操作公式如下：

其中，Ω(x,y)是以坐标(x,y)的像素点为中心，边长N＝15的方形区域，c为RGB颜色通道。

步骤三：利用“边缘替代法”修复初始暗原色图像Idark，具体操作如下：

a)对初始暗原色图像Idark利用sobel算子进行边缘检测(边缘检测门限Vedge一般设为2.5)，得到Idark中梯度变化最明显的边缘点，然后以这些边缘点为中心，边长为r进行方形扩展。将Idark中的扩展部分的暗原色记为Iedge-dark，非扩展部分的暗原色记为Inonedge-dark。

b)设P点为Iedge-dark中的任意点，以P点为中心，边长a＝3的正方形区域作为P点的暗原色匹配区域Scan。

c)按He方法对匹配区域Scan中的所有点计算出匹配暗原色(此时最小操作方形邻域边长设置为3)，得到匹配暗原色集合I^P-Scan。

d)在匹配暗原色集合IP-Scan中寻找与P点原始暗原色最接近的值，并将此值作为P点的新暗原色。按此操作遍历扩展部分Iedge-dark中的所有暗原色，得到扩展部分的新暗原色Inew-edge-dark。

e)对暗原色Inew-edge-dark利用双边滤波器进行边缘保持滤波，旨在平滑掉Inew-edge-dark中的纹理细节，但保留深度信息，滤波后得到Irefine-edge-dark。，其表达式可表示为：

然后将初始暗原色图像Idark中的扩展部分的暗原色Iedge-dark全部替换为新的暗原色Irefine-edge-dark，得到修复后的暗原色图像Irefine-dark。

步骤四：统计出暗原色图像Irefine-dark中前0.1％强度较大的灰度值，并计算出其均值，记为天空光A。根据天空光A与暗原色图像Irefine-dark，并按下式计算出透射图：

步骤五：根据天空光A与透射图t以及原始有雾图像I，利用式(4)(5)(6)恢复出无雾图像J：

其中，t0为透射率下限值，其值越大，去雾能力越弱，一般取值为0.1；I(x,y,R)、I(x,y,G)、I(x,y,B)分别表示有雾图像的R、G、B颜色分量；J(x,y,R)、J(x,y,G)、J(x,y,B)分别表示去雾后图像的R、G、B颜色分量。

Claims (1)

1.一种基于边缘替代法的图像去雾方法，其特征在于有以下步骤：

步骤一：获取有雾图像I；

步骤二：按He方法对有雾图像I进行最小操作得到初始暗原色图像Idark，此时最小操作方形邻域边长设置为15；

步骤三：利用“边缘替代法”修复初始暗原色图像Idark，具体操作如下：

a)对初始暗原色图像Idark利用sobel算子进行边缘检测，边缘检测门限Vedge设为2.5，得到Idark中梯度变化最明显的边缘点，然后以这些边缘点为中心，边长为r进行方形扩展；将Idark中的扩展部分的暗原色记为Iedge-dark，非扩展部分的暗原色记为Inonedge-dark；

b)设P点为Iedge-dark中的任意点，以P点为中心，边长a＝3的正方形区域作为P点的暗原色匹配区域Scan；

c)按He方法对匹配区域Scan中的所有点计算出匹配暗原色，此时最小操作方形邻域边长设置为3，得到匹配暗原色集合IP-Scan；

d)在匹配暗原色集合IP-Scan中寻找与P点原始暗原色最接近的值，并将此值作为P点的新暗原色；按此操作遍历扩展部分Iedge-dark中的所有暗原色，得到扩展部分的新暗原色Inew-edge-dark；

e)对暗原色Inew-edge-dark利用双边滤波器进行边缘保持滤波，旨在平滑掉Inew-edge-dark中的纹理细节，但保留深度信息，滤波后得到Irefine-edge-dark；然后将初始暗原色图像Idark中的扩展部分的暗原色Iedge-dark全部替换为新的暗原色Irefine-edge-dark，得到修复后的暗原色图像Irefine-dark；

步骤四：统计出暗原色图像Irefine-dark中前0.1％强度较大的灰度值，并计算出其均值，记为天空光A；根据天空光A与暗原色图像Irefine-dark，按He方法计算出透射图t；

步骤五：根据透射图t、天空光A以及原始有雾图像I，按He方法复原出无雾图像J。