KR20210143031A - Method and system for removing haze in image using polarization image - Google Patents

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KR20210143031A KR1020200059933A KR20200059933A KR20210143031A KR 20210143031 A KR20210143031 A KR 20210143031A KR 1020200059933 A KR1020200059933 A KR 1020200059933A KR 20200059933 A KR20200059933 A KR 20200059933A KR 20210143031 A KR20210143031 A KR 20210143031A
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Abstract

The present invention discloses a system for removing fog in an image. More particularly, the present invention relates to a method and system for removing fog in an image using a polarization image for rapid detection and update of road condition changes for the autonomous driving field. According to an embodiment of the present invention, a plurality of polarization images are obtained by photographing the same subject through a plurality of polarization sensors, and the haze component included in each polarization image is removed based on image characteristics, so as to provide an image having low noise and high contrast.

Description

편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR REMOVING HAZE IN IMAGE USING POLARIZATION IMAGE}Method and system for removing fog in images using polarized images

본 발명은 이미지 내 안개 제거 시스템에 관한 것으로, 특히 자율주행 분야에서 위한 도로 상황 변화의 신속 탐지 및 갱신을 위한 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for removing fog in an image, and more particularly, to a method and system for removing fog in an image using a polarized image for rapid detection and update of changes in road conditions for the autonomous driving field.

최근, 사고 예방이나 감지를 위해 영상 감시시스템이나 차량용 영상 블랙박스 등이 사용되고 있다. 또한, 자율주행 차량의 경우 컴퓨터 비전기술을 이용하여 동영상 카메라에서 획득한 영상으로부터 차선과 차량 주변의 영상을 검출하여 차선이탈과 차량추돌 경보 등을 제공하는 연구가 진행되고 있다.Recently, a video surveillance system or a vehicle video black box has been used for accident prevention or detection. Also, in the case of autonomous vehicles, research is being conducted to provide lane departure and vehicle collision warnings by detecting images of lanes and vehicles from images acquired from a video camera using computer vision technology.

이러한 영상처리 또는 컴퓨터 비전 응용 시스템의 성능을 향상시키기 위해서는 깨끗한 입력 영상이 필요하다. 특히, 이미지 내에 등장하는 객체를 탐지 및 추적하거나 이미지의 에지 정보를 사용할 때는 입력 영상이 깨끗할수록 좋은 결과를 얻을 수 있다.In order to improve the performance of such an image processing or computer vision application system, a clean input image is required. In particular, when detecting and tracking an object appearing in an image or using edge information of an image, the cleaner the input image, the better the result.

그러나, 실외 상황에서 촬영된 이미지의 경우에는 객체로부터 반사되는 밝기와 색이 공기 중의 입자와 혼합되므로 원래의 선명한 색과 밝기 대비를 제공하지 못하게 된다. 특히, 안개나 연기와 같이 공기 중에 큰 입자가 있는 경우 객체의 원래 색과 형태를 정확하게 획득하기 어렵다.However, in the case of an image taken in an outdoor situation, since the brightness and color reflected from the object are mixed with particles in the air, the original vivid color and brightness contrast cannot be provided. In particular, when there are large particles in the air, such as fog or smoke, it is difficult to accurately obtain the original color and shape of an object.

등록특허공보 제10-1445577호(공고일자: 2014.11.04.)Registered Patent Publication No. 10-1445577 (Announcement Date: 2014.11.04.)

본 발명은 복수의 편광 센서를 이용하여 획득한 이미지에 기초하여 이미지 내 등장하는 객체를 보다 정확하게 탐지 및 추적할 수 있도록 안개를 제거하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법 및 시스템을 제공하는 데 과제가 있다.An object of the present invention is to provide a method and system for removing fog in an image using a polarized image that removes fog so that an object appearing in an image can be more accurately detected and tracked based on an image obtained using a plurality of polarization sensors there is

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법은, (a) 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계, (b) 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계, (c) 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계, (d) 하늘 영역을 추출하고, 상기 하늘 영역을 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계, (e) 상기 하늘 영역을 이용하여 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 단계 및 (f) 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, a method for removing fog in an image using a polarized image according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) receiving a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors, ( b) generating one unpolarized image (I) by using the plurality of polarized images, (c) determining the existence of a sky region by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I); (d) extracting a sky area and estimating a first brightness (A ∞ ) for an object light located at an infinity distance appearing in the unpolarized image (I) using the sky area, (e) the sky area using an area polarized light in the air scattered light also (P a) and a second brightness third brightness by estimating the (a p), and removes the degree of polarization (P a) component of the air scattering light at the second brightness (a p) (A) estimating and (f) using the first brightness (A ) and the third brightness (A) to generate a dehaze image (L) from which the haze component is removed from the unpolarized image (I) may include the step of

또한, 전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 양태의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법은, (a) 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계, (b) 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계, (c) 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계, (d) 상기 (c) 단계에서 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 단계;(e) 상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계, (f) 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 단계 및 (g) 상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, in the method for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of another aspect of the present invention, (a) input a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors receiving, (b) generating one unpolarized image (I) using the plurality of polarized images, (c) applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I) to determine whether a sky region exists determining, (d) if it is determined that the sky region does not exist in step (c), generating a maximum brightness image (I ) and a minimum brightness image (I ) using the plurality of polarized images; (e) calculating a gap image (ΔI) according to the difference between the maximum brightness image (I ) and the minimum brightness image (I ), and using the gap image (ΔI) to appear in the unpolarized image (I) estimating a first brightness (A ∞ ) for object light located at an infinity distance of 1 Using the brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image (ΔI), generating a dehaze image (L) in which the haze component is removed from the unpolarized image (I) have.

또한, 전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템은, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받아 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 이미지 생성부, 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 하늘 영역 판단부, 하늘 영역을 추출하고, 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하고, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부 및 상기 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 디헤이즈 부를 포함할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, the fog removal system in an image using a polarized image according to another embodiment of the present invention receives a plurality of polarized images of the same subject from a plurality of polarization sensors and receives one An image generation unit for generating an unpolarized image (I) of the sky area determination unit for determining the existence of a sky area by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I), extracting the sky area, the unpolarized image (I) the second estimate of the first brightness (a ∞) estimation, and the degree of polarization (P a) of the air scattered light to and the second brightness (a p) for the emergence object light in the infinite distance to the image (I), and using the brightness (a p) brightness estimating unit and the first brightness (a ∞) and the third brightness (a) for estimating a third brightness (a) by removing the degree of polarization (p a) component of the air scattered light from , a dehaze unit generating a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I.

또한, 전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 양태의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템은, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받아 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 이미지 생성부, 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 하늘 영역 판단부, 상기 하늘 영역 판단부에 의해 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 이미지 합성부, 상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부, 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 편광도 추정부 및 상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 디헤이즈부를 포함할 수 있다.In addition, in order to solve the above problems, the fog removal system in an image using a polarized image according to another embodiment of the present invention receives a plurality of polarized images of the same subject from a plurality of polarization sensors and receives one An image generator for generating an unpolarized image (I) of the sky area determination unit for determining the existence of a sky area by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I), the sky area by the sky area determination unit If it is determined that there is no image synthesizing unit for generating a maximum brightness image (I ⊥ ) and a minimum brightness image (I ) using the plurality of polarized images, the maximum brightness image (I ) and the minimum brightness image ( calculating a gap image (ΔI) according to a difference between I ∥) and the first brightness (a ∞) for the object light in the infinite distance to appear in the non-polarized images (I) by using the gap image (ΔI) A brightness estimator for estimating , a polarization degree estimator for estimating the total polarization degree (p) according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light, and the first brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image ( A dehaze unit for generating a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I by using ΔI) may be included.

본 발명의 실시예에 따르면, 동일 피사체를 복수의 편광 센서를 통해 피사체를 촬영하여 복수의 편광 이미지를 획득하고, 이미지 특성에 기초하여 각 편광 이미지에 포함된 헤이즈 성분을 제거함으로써 저 노이즈 및 고 콘트라스트를 갖는 이미지를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, a plurality of polarized images are obtained by photographing the same subject through a plurality of polarization sensors, and a haze component included in each polarized image is removed based on image characteristics to achieve low noise and high contrast. There is an effect that can provide an image having a.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에서 하늘 영역을 추출하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에서 소실점을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템을 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating a method of removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a method of extracting a sky region in a method of removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method of setting a vanishing point in a method of removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a system for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in particular in the present invention, and excessively comprehensive It should not be construed in the meaning of a human being or in an excessively reduced meaning. In addition, when the technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood by being replaced with a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in advance or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced meaning.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, as used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various elements or several steps described in the invention, some of which elements or some steps are included. It should be construed that it may not, or may further include additional components or steps.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms including ordinal numbers such as first, second, etc. used in the present invention may be used to describe the components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easy understanding of the spirit of the present invention, and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.

한편, 본 발명에서 언급되는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들에서 설명되는 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 이러한 서버나 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 서버나 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 서버나 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다. 더불어, 상기 장치는 인터페이스를 통해서 다양한 센서들을 직접 혹은 별도의 드라이버나 센서 제어를 위해 별도로 마련된 하드웨어, 소프트웨어 보드나 모듈을 통해서 제어할 수 있으며, 이를 위한 다양한 논리적, 전기적, 광학적 변형들을 모두 포괄할 수 있다.Meanwhile, the device referred to in the present invention may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. The systems, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a PLU (PLU). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. In addition, such a server or device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one server or device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that a processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing. It can be seen that elements can be included. For example, a server or device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors. In addition, the device can control various sensors directly through an interface or through a separate driver or hardware, software board or module provided separately for sensor control, and can encompass various logical, electrical, and optical transformations for this purpose. have.

이하의 설명에서, '편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템'의 용어는 설명의 편의상 '안개 제거 시스템' 또는 '시스템'으로 약식 표기될 수 있다.In the following description, the term 'fog removal system in an image using a polarized image' may be abbreviated as 'fog removal system' or 'system' for convenience of description.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법 및 시스템을 설명한다.Hereinafter, a method and system for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서 각 단계별 실행주체는 별도의 기재가 없더라도 본 발명의 안개 제거 시스템 및 이의 구성부가 된다.1 is a diagram illustrating a method of removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention. In the following description, each step execution entity becomes the fog removal system of the present invention and its constituent parts, even if there is no separate description.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법은, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계(S100), 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계(S110), 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계(S120), 하늘 영역을 추출하고, 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계(S130), 상기 하늘 영역을 이용하여, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 단계(S140) 및 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , in the method for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention, receiving a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors (S100), the plurality of polarized images Generating one unpolarized image (I) by using the image (S110), applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I) to determine the existence of a sky area (S120), the sky area Extracting and estimating the first brightness (A ∞ ) of the object light located at an infinity distance appearing in the unpolarized image (I) (S130), using the sky area, the polarization degree (P) of the atmospheric scattered light a), and estimates the second brightness (a p), and wherein the step of estimating the third brightness (a) to remove the component (p a) polarized light in the air scattered light from the second brightness (a p) (S140) and The method may include generating a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I by using the first brightness A ∞ and the third brightness A.

또한, 이와 더불어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법은, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계(S100), 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계(S110), 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계(S120), 상기 S120 단계에서 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 단계(S160), 상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계(S170), 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 단계(S180) 및 상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계(S190)를 포함할 수 있다.In addition, in the method for removing fog in an image using a polarized image according to another embodiment of the present invention, receiving a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors (S100), the plurality of polarized images Generating one unpolarized image (I) by using an image (S110), applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I) to determine the existence of a sky region (S120), the step S120 If it is determined that the sky region does not exist, generating a maximum brightness image (I ) and a minimum brightness image (I ) using the plurality of polarized images (S160), the maximum brightness image (I ) and the first brightness to the minimum brightness image (I ∥) difference calculating a gap image (ΔI), and the object light in the infinite distance to appear in the non-polarized images (I) by using the gap image (ΔI) according to the between Estimating (A ) (S170), estimating the total polarization degree (p) according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light (S180), and the first brightness (A ), total polarization degree (p) ) and the gap image ΔI to generate a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I ( S190 ).

즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 편광 센서로부터 입력되는 편광 이미지상에 하늘 영역(Sky region)이 존재하거나 그렇지 않은 경우 각각 디헤이즈 이미지를 생성하기 위한 요소값을 산출하는 데 서로 다른 방법이 적용될 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, when a sky region exists or does not exist on a polarized image input from a polarization sensor, different methods are applied to calculate element values for generating a dehaze image, respectively. can

하늘 영역 존재sky realm existence

먼저, 하늘 영역이 존재하는 경우를 설명하면, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계(S100)에서는 시스템이 차량에 설치된 편광 센서로부터 주변상황을 촬영한 이미지를 입력받게 되며, 이때, 안개, 먼지 등에 의해 피사체에 대하여 높은 노이즈와 낮은 콘트라스트를 갖는 편광 이미지를 입력 받을 수 있다. 바람직하게는, 4개의 서로 다른 편광도(Degree of Polarization)을 갖는 편광자(Polarizer)가 탑재된 이미지 센서를 통해 동일한 피사체에 대하여 동시에 4개의 편광 이미지를 입력받아 이를 이용하여 디헤이즈된 이미지(Dehazed image)를 도출할 수 있다.First, explaining the case where the sky area exists, in the step of receiving a plurality of polarized images of the same subject from a plurality of polarization sensors ( S100 ), the system inputs images of surrounding conditions from a polarization sensor installed in the vehicle In this case, a polarized image having high noise and low contrast with respect to the subject may be input due to fog, dust, or the like. Preferably, four polarized images of the same subject are simultaneously received through an image sensor equipped with polarizers having four different degrees of polarization and dehazed by using them. ) can be derived.

다음으로, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계(S110)에서는 입력된 4개의 무편광 이미지 즉, 0°편광 이미지(I0), 45°편광 이미지 I45, 90°편광 이미지(I90) 및 135°편광 이미지(I135)를 이용하여 편광되지 않은 일반 이미지 센서로 촬영시에 획득할 수 있는 무편광 이미지(I)를 생성할 수 있다.Next, in the step (S110) of generating one unpolarized image (I) by using the plurality of polarized images, four input unpolarized images, that is, 0° polarized image (I 0 ), 45° polarized image I 45 , 90° polarized image (I 90 ) and 135° polarized image (I 135 ) can be used to generate an unpolarized image (I) that can be acquired when photographing with an unpolarized general image sensor.

이를 위해, 편광 특성을 나타내는 스토크스 파라미터(stokes parameter; S0, S1, S2)가 이용될 수 있고, 이러한 스토크스 파라미터는 이하의 수학식 1에 따라 산출할 수 있다.To this end, Stokes parameters (S 0 , S 1 , S 2 ) representing polarization characteristics may be used, and these Stokes parameters may be calculated according to Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

그리고, 상기의 수학식 1에 따라, 무편광 이미지는 이하의 수학식 2에 따라 산출할 수 있다.And, according to Equation 1 above, the unpolarized image may be calculated according to Equation 2 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

다음으로, 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계 (S120)에서는 각 편광 이미지에 하늘 영역(Sky region)이 존재하는지 판단하게 된다.Next, in step S120 of determining whether a sky region exists by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image I, it is determined whether a sky region exists in each polarized image.

이를 위한 구체적 실시예로서, 각 편광 이미지 내 존재하는 소실점(Vanishing point)을 찾고, 소실점의 상부로 임의의 일정영역을 ROI(Region of Interest)로 설정할 수 있다. 이러한 ROI는 소실점으로부터 상부 방향으로 일정 높이에 위치할 수 있고, 그 폭(width)은 이미지의 전체 폭의 50 % 이하로 설정될 수 있다.As a specific embodiment for this, a vanishing point existing in each polarized image may be found, and an arbitrary predetermined region above the vanishing point may be set as a region of interest (ROI). Such an ROI may be located at a certain height upward from the vanishing point, and its width may be set to 50% or less of the total width of the image.

여기서, 소실점은 무편광 이미지상에 등장하는 객체인 도로에 대응하는 둘 이상의 의 직선이 만나는 지점 또는 둘 이상의 직선에 대한 가상의 연장선이 만나는 지점일 수 있다.Here, the vanishing point may be a point where two or more straight lines corresponding to the road, which are objects appearing on the unpolarized image, meet, or a point where virtual extension lines for two or more straight lines meet.

그리고, ROI에 포함되는 픽셀(pixel)의 평균 밝기가 일정 값 이상이면 하늘 영역이 존재하는 이미지인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 소실점이 발견되지 않거나, ROI에 포함되는 픽셀(pixel)의 평균 밝기가 일정 값 미만인 경우 하늘 영역이 존재하지 않는 이미지로 판단하게 된다.In addition, when the average brightness of pixels included in the ROI is equal to or greater than a predetermined value, it may be determined that the image is an image in which the sky region exists. In addition, when no vanishing point is found or the average brightness of pixels included in the ROI is less than a predetermined value, it is determined as an image in which the sky region does not exist.

소실점이 존재함에 따라, 편광 이미지에 하늘 영역이 존재하는 것으로 판단되면, 하늘 영역을 추출하고, 그 하늘 영역에 포함되는 하늘 픽셀(Sky pixel)을 이용하여 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정한다(S130). 상세하게는, S130 단계에서는 ROI 영역 내에서 하늘 픽셀(sky pixel)을 추출한다. 하늘 픽셀은 공지의 다크 채널 프라이어(Dark Channel Prior; DCP)에 기반하여 산출할 수 있다. DCP 이미지는 이미지 내 3채널(R,G,B) 픽셀 중, 최소값으로 결정되며, 그 DCP 이미지를 중심으로 하는 일정 크기의 하늘 영역을 정의할 수 있다.As the vanishing point exists, if it is determined that there is a sky area in the polarized image, the sky area is extracted and the infinity distance appearing in the unpolarized image (I) using a sky pixel included in the sky area A first brightness (A ∞ ) of the object light located at is estimated ( S130 ). Specifically, in step S130, a sky pixel is extracted within the ROI region. The sky pixel may be calculated based on a well-known Dark Channel Prior (DCP). The DCP image is determined as the minimum value among 3 channel (R, G, B) pixels in the image, and a sky area of a certain size centered on the DCP image can be defined.

이후, 하늘 영역을 이용하여 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정할 수 있다. Thereafter, the first brightness (A ∞ ) of the object light located at an infinite distance appearing in the unpolarized image I may be estimated using the sky region.

구체적으로, 상기 하늘 영역에 속하는 복수의 픽셀을 밝은 순서대로 정렬하고, 정렬된 복수의 픽셀 중, 최대 밝기를 갖는 픽셀을 중심으로 일정크기의 밝기 패치를 생성하고, 밝기 패치에 속하는 모든 픽셀들이 이하의 수학식 3에 따라, 에 따라, 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하는지 확인한다.Specifically, a plurality of pixels belonging to the sky region are arranged in a bright order, a brightness patch of a certain size is generated centering on a pixel having the maximum brightness among the plurality of aligned pixels, and all pixels belonging to the brightness patch are According to Equation 3 of , it is checked whether the condition with the patch constant δ is satisfied.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, 패치 상수(δ)는 실험으로 결정된 상수일 수 있다.Here, the patch constant (δ) may be a constant determined experimentally.

본 단계에서, 밝기 패치가 상기의 수학식 3을 만족하면 상기 밝기 패치의 크기를 일정 단위로 증가시키며 패치 상수와의 비교 단계를 재 수행할 수 있다.In this step, if the brightness patch satisfies Equation 3 above, the size of the brightness patch is increased by a predetermined unit and the comparison step with the patch constant can be performed again.

그리고, 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하지 않으면, 이전 수행한 (d2) 단계에서 이용된 크기의 밝기 패치를 이하의 수학식 4에 적용함으로써 제1 밝기(A)를 추정할 수 있다. And, if the condition with the patch constant δ is not satisfied, the first brightness A ∞ can be estimated by applying the brightness patch of the size used in the previously performed step (d2) to Equation 4 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, S0(m,n)는 밝기 패치 내 모든 픽셀의 밝기이고, |Δ|는 밝기 패치에 속하는 픽셀의 개수를 가리킨다.Here, S 0 (m,n) is the brightness of all pixels in the brightness patch, and |Δ| indicates the number of pixels belonging to the brightness patch.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 최초 크기의 제2 픽셀이 상기 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하지 않는 경우, 최대 밝기를 갖는 픽셀보다 차순위로 밝기가 낮은 픽셀을 중심으로 하여 밝기 패치를 재 생성하고, 전술한 패치 상수(δ)를 이용한 비교 단계를 수행하여 제1 밝기(A)를 추정할 수 있다.On the other hand, according to the embodiment of the present invention, when the second pixel of the initial size does not satisfy the condition with the patch constant (δ), the brightness patch is centered on the pixel having the next lower brightness than the pixel having the maximum brightness. The first brightness (A ∞ ) may be estimated by re-generation and performing a comparison step using the aforementioned patch constant (δ).

다음으로, 상기 하늘 영역을 이용하여, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 단계(S140)로서, 상기의 수학식 1에 따른 스트로크 파라미터를 이용하여 대기 산란광의 편광도(PA)를 산출할 수 있다.Next, using the sky area, estimating the degree of polarization (P A) and a second brightness (A p) of the air scattered light, and wherein the polarization of the air scattered light from the second brightness (A p) is also (P A) component as the step (S140) for estimating a third brightness (a) is removed, by using the stroke parameters according to equation (1) above can calculate the degree of polarization (P a) of the air scattering.

대기 산란광의 편광도(PA)는 이하의 수학식 5에 따라 산출할 수 있다.FIG polarized light in the air scattered light (P A) can be calculated according to the following equation (5).

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서, Ω는 추출된 하늘 영역, |Ω|는 그 하늘 영역 내 픽셀의 수를 가리킨다.Here, Ω indicates the extracted sky area, and |Ω| indicates the number of pixels in the sky area.

또한, 편광 이미지들은 편광 성분이 포함된 대기 산란광의 밝기가 반영되어 있으며, 이러한 편광된 대기 산란광의 밝기(Ap)는 이하의 수학식 6에 따라 산출할 수 있다.In addition, in the polarized images, the brightness of atmospheric scattered light including a polarization component is reflected, and the brightness (A p ) of the polarized atmospheric scattered light can be calculated according to Equation 6 below.

Figure pat00008
Figure pat00008

한편, 상기 수학식 6에 대하여 총 편광도(p) 성분에 대하여 바이어스 팩터(bias factor; ε)를 승산하면(ε×p), 이후 디헤이즈 이미지에 대하여 노이즈(noise)를 낮출 수 있다. 이러한 바이어스 팩터(ε)를 반영하여 상기의 수학식 6을 정리하면, 이하의 수학식 7과 같다.Meanwhile, in Equation (6), if the bias factor ε is multiplied by the total polarization degree (p) component (ε×p), the noise of the subsequent dehaze image can be reduced. When the above Equation 6 is summarized by reflecting the bias factor ε, the following Equation 7 is obtained.

Figure pat00009
Figure pat00009

이러한 바이어스 팩터(ε)를 이용하면 이미지내 노이즈를 낮출수 있으나, 동시에 콘트라스트(contrast) 또한 낮아지게 된다. 이에 본 발명의 실시예에서는, 대기 산란광의 밝기(A)의 산출 단계에서 바이어스 팩터(ε)를 적용한 디헤이즈 이미지와 그렇지 않은 디헤이즈 이미지를 모두 생성하고, 두 이미지간 차를 산출하여 디헤이즈 이미지에 반영함으로써 저 노이즈 및 고 콘트라스트 특성을 갖는 디헤이즈 이미지를 도출할 수 있다.By using such a bias factor (ε), noise in the image can be reduced, but at the same time, the contrast is also lowered. Accordingly, in the embodiment of the present invention, both a dehaze image to which a bias factor ε is applied and a dehaze image to which the bias factor ε is not applied are generated in the step of calculating the brightness A of the atmospheric scattered light, and the difference between the two images is calculated to obtain the dehaze image By reflecting in , a dehaze image having low noise and high contrast characteristics can be derived.

이러한 바이어스 팩터(ε)의 최적값은 실험에 의해 결정될 수 있다.The optimal value of the bias factor ε may be determined by experiment.

또한, 상기의 수학식 6에서, p(x,y)는 편광성분이 포함된 대기 산란광 및 편광 이미지에 등장하는 객체에 의한 객체광의 총 밝기이고, θA는 대기 산란광의 편광각(Angle of polarization of the airlight)으로서, 각각 이하의 수학식 8에 의해 산출할 수 있다.In addition, in Equation 6 above, p(x,y) is the total brightness of the atmospheric scattered light including the polarization component and the object light by the object appearing in the polarized image, and θ A is the angle of polarization of the atmospheric scattered light. of the airlight), each of which can be calculated by the following Equation (8).

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

그리고, 편광되지 않는 대기 산란광의 밝기(A)는 편광된 대기 산란광의 밝기(Ap)에서 대기 산란광에 포함된 편광성분인 대기 산란광의 편광도(Degree of polarization of the airlight; PA)을 제거하면 산출할 수 있음에 따라, 이를 수학식으로 표현하면 이하의 수학식 9를 만족하게 된다.Then, the brightness (A) of the non-polarized atmosphere scattered light is polarized light in the polarized components included in the air scattered light from the brightness of the polarized air scattering (A p) air scattering light. Fig removing (Degree of polarization of the airlight P A) Since it can be calculated, if it is expressed as an equation, the following equation (9) is satisfied.

Figure pat00012
Figure pat00012

다음으로, 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계(S150)에서는 편광 이미지에서 대기 산란광에 의한 산란 및 편광 성분 및 객체에 반영된 편광 성분을 제거함으로써 안개에 의한 영향이 없는, 이미지 센서가 직접 전달(direct transmission)받는 디헤이즈된 이미지(L)를 산출하게 된다.Next, using the first brightness (A ) and the third brightness (A), in the step of generating a dehaze image (L) from which the haze component is removed from the unpolarized image (I) (S150), the polarized image By removing the scattering and polarization components by atmospheric scattered light and the polarization component reflected on the object in the , a dehazed image L directly transmitted by the image sensor without the effect of fog is calculated.

이러한 디헤이즈 이미지(L)에 대한 관계식은 이하의 수학식 10을 만족한다.The relational expression for the dehaze image L satisfies Equation 10 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서, I(x,y)는 무편광 이미지(I)를 이루는 각 픽셀들의 밝기를 가리킨다. Here, I(x,y) indicates the brightness of each pixel constituting the unpolarized image I.

하늘 영역 sky realm 비존재non-existence

또한, S120 단계에서 하늘 영역이 존재하지 않는 경우, 상기 S120 단계에서 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성한다(S160).Further, the it is determined if not the sky area is present at the S120 step, not to the sky area is present at the S120 step, the maximum brightness image (I ⊥) and the minimum brightness image (I ∥) using the plurality of polarized images generated (S160).

상세하게는, 4개의 편광 이미지를 이용하여 무편광 이미지(I) 및 스토크스 파리미터(S0, S1, S2)를 산출할 수 있고, 산출된 데이터를 그 이용하여 편광 이미지 센서로 동일한 피사체를 임의의 편광각으로 촬영했을 때 획득할 수 있는 최대 밝기 이미지(I)와, 최소 밝기 이미지(I)를 생성할 수 있다.Specifically, the unpolarized image (I) and the Stokes parameters (S 0 , S 1 , S 2 ) can be calculated using the four polarized images, and the calculated data is used for the same subject as a polarized image sensor It is possible to generate a maximum brightness image (I ) and a minimum brightness image (I ) that can be obtained when shooting at an arbitrary polarization angle.

전술한 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)는 이하의 수학식 11로 산출할 수 있다.The above-described maximum brightness image (I ) and minimum brightness image (I ) can be calculated by Equation 11 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

다음으로, 상기 최대 밝기 이미지(I)에서 최소 밝기 이미지(I)를 감한 갭 이미지(ΔI)를 생성하고, 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정한다(S170).Next, the infinite distance to appear in the maximum brightness image (I ⊥) minimum brightness image (I ∥) a sensitive gap image (ΔI) non-polarized images (I) by using the generated, and the gap image (ΔI) from the A first brightness (A ) of the located object light is estimated ( S170 ).

전술한 갭 이미지(ΔI)는 최대 밝기 이미지(I)의 각 픽셀과 동일 위치의 최소 밝기 이미지(I)의 픽셀의 값의 차 계산으로 산출할 수 있다.The above-mentioned gap image (ΔI) can be calculated by calculating the difference value of the pixel of the maximum brightness image (I ⊥) minimum brightness image (I ∥) at the same position as each pixel of the.

이러한 갭 이미지(ΔI)는 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 데 이용된다. 상세하게는, 갭 이미지(ΔI)에서 채널별 픽셀 중, 가장 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5 %에 속하는 복수의 픽셀을 후보 영역으로 선정하고, 무편광 이미지(I)에서 후보 영역과 동일한 위치인 복수의 픽셀 중, 가상 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5 %를 선정하고, 선정된 복수의 픽셀의 평균 밝기를 제1 밝기(A)로 결정하게 된다.This gap image (ΔI) is used to estimate the first brightness (A ∞ ) of the object light located at an infinity distance appearing in the unpolarized image (I). In detail, a plurality of pixels belonging to the brightest upper 0.1% to 0.5% among pixels for each channel in the gap image ΔI are selected as a candidate region, and a plurality of pixels at the same position as the candidate region in the unpolarized image I are selected. Among the pixels, the virtual bright upper 0.1% to 0.5% is selected, and the average brightness of the plurality of selected pixels is determined as the first brightness (A ∞ ).

다음으로, 대기 산란광과, 가상의 무한대 거리에 존재하는 객체에 의한 반사광인 객체광의 상관관계에 따라 총 편광도(p)를 산출한다(S180).Next, the total polarization degree p is calculated according to the correlation between atmospheric scattered light and object light, which is reflected light by an object existing at a virtual infinity distance (S180).

실질적으로 대기 산란광에 의한 밝기와, 객체에서 반사된 빛의 밝기는 연관성이 없으므로 두 변수간의 상관관계를 공분산(Cov)로 나타내면 0이 되어야 한다.Since there is practically no correlation between the brightness caused by atmospheric scattered light and the brightness of the light reflected from the object, the correlation between the two variables should be 0 when expressed as a covariance (Cov).

그러나, 실제 상황에서는 노이즈 및 측정 오차 등에 의해 공분산 값이 0이 되지 않음에 따라 그 값이 최소가 될 때의 변수값을 통해 공분산에 대한 변수를 추정할 수 있다.However, in an actual situation, since the covariance value does not become 0 due to noise and measurement error, it is possible to estimate the covariance variable through the variable value when the value becomes the minimum.

즉, 대기 산란광 및 객체광의 밝기간의 공분산 식을 나타내면 이하의 수학식 12와 같다.That is, the covariance equation between the brightness of the atmospheric scattered light and the object light is expressed as Equation 12 below.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서,

Figure pat00017
는 대기 산란광,
Figure pat00018
는 객체광을 가리킨다.here,
Figure pat00017
is atmospheric scattered light,
Figure pat00018
indicates object light.

이에 따라, 상기 총 편광도(p)는 이하의 수학식 13에 의한 값이 최소값을 가질 때의 p값으로 결정할 수 있다.Accordingly, the total polarization degree p may be determined as a p value when the value expressed by Equation 13 below has a minimum value.

Figure pat00019
Figure pat00019

다음으로, 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성한다(S190).Next, using the first brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image (ΔI), a dehaze image (L) in which the haze component is removed from the unpolarized image (I) is generated ( S190).

디헤이즈 이미지(L)는 이하의 수학식, 14에 의해 산출할 수 있다.The dehaze image L can be calculated by the following Equation 14.

Figure pat00020
Figure pat00020

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 무편광 이미지(I)에 포함된 대기 산란광(p)에 의한 노이즈 성분의 제거를 위한 바이어스 팩터(ε)를 적용함으로써 이미지의 품질을 개선할 수 있으며, 이러한 바이어스 팩터(ε)를 상기의 수학식 14에 적용함에 따라, 디헤이즈 이미지(L)의 산출식은 이하의 수학식 15를 만족한다.On the other hand, according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve the quality of the image by applying a bias factor (ε) for removing the noise component due to the atmospheric scattered light (p) included in the unpolarized image (I). As the bias factor ε is applied to Equation 14 above, the formula for calculating the dehaze image L satisfies Equation 15 below.

Figure pat00021
Figure pat00021

전술한 방법에 따라, 본 발명의 실시예예 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에 의하면, 복수의 편광 이미지를 이용하여 이미지에 포함되는 대기 산란광에 의한 산란 및 편광성분을 제거함으로써 낮은 노이즈 및 높은 콘트라스트 특성을 갖는 이미지를 생성할 수 있다.According to the method described above, according to the method for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention, low noise and high noise level and high noise are eliminated by removing scattering and polarization components by atmospheric scattered light included in an image using a plurality of polarized images. An image with a contrast characteristic can be created.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에서 하늘 영역을 추출하는 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of extracting a sky region in a method for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에서 하늘 영역을 추출하는 방법을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법에서 소실점을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram illustrating a method of extracting a sky region in a method for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a method for removing fog from an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention It is a diagram for explaining a method of setting a vanishing point in .

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 하늘 영역을 추출하는 방법은, 전술한 DCP 이미지를 이용한 하늘 영역의 추출 방법을 상세히 설명하면, 소실점(VP) 상부의 ROI 내 포함되는 복수의 픽셀의 각 3색 채널 중, 최소값을 선택하여 DCP 이미지를 생성하는 단계(S121), DCP 이미지 전체를 일정크기를 갖는 복수의 DCP 패치로 분할하는 단계(S122), 각각의 DCP 패치 내에서 가장 값이 낮은 픽셀값을 기준으로 DCP 패치들을 밝기 순서대로 정렬하고, 가장 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5% 에 해당하는 하나 이상의 DCP 패치를 선택하는 단계(S123) 및 선택된 DCP 패치를 하늘영역으로 선택하는 단계(S124)를 포함할 수 있다.2 and 3 , the method of extracting the sky region in the embodiment of the present invention describes in detail the method of extracting the sky region using the DCP image described above. generating a DCP image by selecting a minimum value among each of the three color channels of a pixel (S121), dividing the entire DCP image into a plurality of DCP patches having a predetermined size (S122), Sorting the DCP patches in order of brightness based on the pixel value with a low value, selecting one or more DCP patches corresponding to the brightest upper 0.1% to 0.5% (S123), and selecting the selected DCP patch as the sky area (S124) may be included.

소실점(VP) 상부의 ROI 내 포함되는 복수의 픽셀의 각 3색 채널 중, 최소값을 선택하여 DCP 이미지를 생성하는 단계(S121)는 획득한 편광 이미지들에서 하늘 영역을 추출하기 위한 소실점(VP)을 찾는 단계이다. 이미지 센서가 차량의 주행방향 전방을 촬영하도록 설치된 경우에는 촬영된 이미지 내 하늘 차량이 주행하는 도로(road)상의 전방의 소실점(VP)의 상부 영역상에 존재하게 된다. The step (S121) of generating a DCP image by selecting the minimum value among the three color channels of a plurality of pixels included in the ROI above the vanishing point (VP) is a vanishing point (VP) for extracting the sky region from the acquired polarization images. is the step to find When the image sensor is installed to photograph the front of the vehicle in the driving direction, it is present on the upper region of the vanishing point VP in the front on the road on which the sky vehicle travels in the photographed image.

소실점(VP)은 이미지상에서 동일 평면상에 존재하는 복수의 평행한 직선(PL)은 한 점에서 만나게 되는 기하학적 특성에 관한 것으로, 복수의 소실점(VP)이 존재할 수 있고, 그 소실점(VP)을 서로 연결하면 소실선(VL)이 된다. 즉, 소실선(VL) 상에 어느 하나의 점이 소실점(VP)이 된다.The vanishing point VP relates to a geometric characteristic in which a plurality of parallel straight lines PL existing on the same plane on the image meet at one point. A plurality of vanishing points VP may exist, and the vanishing point VP When connected to each other, it becomes a vanishing line (VL). That is, any one point on the vanishing line VL becomes the vanishing point VP.

따라서, 소실점(VP)을 기준으로 그 상부의 일정범위를 하늘 영역으로 추정할 수 있다. 이러한 소실점 판단 방법으로는 상기 복수의 편광 이미지상에 등장하는 객체인 도로(road)에 대응하는 둘 이상의 직선(PL)이 만나는 지점 또는 둘 이상의 직선(PL)에 대한 가상의 연장선이 만나는 지점을 소실점(VP)으로 판단할 수 있으나, 특정 방법에 의해 한정되는 것은 아니다. Accordingly, it is possible to estimate a certain range above the vanishing point VP as the sky area. As such a vanishing point determination method, a vanishing point is a point where two or more straight lines PL corresponding to a road, which are objects appearing on the plurality of polarized images, meet, or a point where virtual extension lines for two or more straight lines PL meet. (VP) may be determined, but is not limited by a specific method.

다음으로, 소실점(VP)이 존재하면, 소실점의 상부 일정 영역을 ROI(Region Of Interest)로 설정하는 단계(S112)에서는 식별된 소실점(VP)의 상부 방향으로 일정한 크기로 사각 영역을 ROI로 설정하게 된다. 이러한 ROI는 소실점(VP) 상부에서 픽셀들의 평균 밝기가 일정값 이상인 영역으로 설정될 수 있다. Next, if the vanishing point VP exists, in the step S112 of setting an upper region of the vanishing point as a region of interest (ROI), a rectangular region is set as the ROI with a constant size in the upper direction of the identified vanishing point VP. will do The ROI may be set as an area above the vanishing point VP, in which the average brightness of pixels is equal to or greater than a predetermined value.

다음으로, DCP 이미지 전체를 일정크기를 갖는 복수의 DCP 패치로 분할한다(S122).상세하게는, 다크 채널 프라이어(DCP)에 따라 DCP 이미지를 생성하고 이를 기준으로 하늘 영역을 설정하게 된다.DCP에 의하면, 일반적인 경우 카메라에 의해 촬영된 이미지에서 일정영역의 3채널(R,G,B) 픽셀 중, 적어도 하나는 높은 확률로 0이라는 것으로, 안개 등에 의해 왜곡된 이미지는 DCP가 일정하게 0에서 α로 증가하게 되며, 이에 따라 α를 추정하여 전체 이미지에서 α를 제거하면 디헤이즈된 이미지를 획득할 수 있다.Next, the entire DCP image is divided into a plurality of DCP patches having a predetermined size (S122). In detail, a DCP image is generated according to a dark channel prior (DCP), and a sky area is set based on this DCP image. According to , in general, among the three channel (R, G, B) pixels of a certain area in the image taken by the camera, at least one is 0 with high probability, and the DCP of the image distorted by fog, etc. α is increased, and thus, a dehazed image can be obtained by estimating α and removing α from the entire image.

다음으로, 각각의 DCP 패치 내에서 가장 값이 낮은 픽셀값을 기준으로 DCP 패치들을 밝기 순서대로 정렬하고, 가장 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5% 에 해당하는 하나 이상의 DCP 패치를 선택한다(S123).Next, the DCP patches are arranged in the order of brightness based on the pixel value with the lowest value within each DCP patch, and one or more DCP patches corresponding to the brightest upper 0.1% to 0.5% are selected (S123).

그리고, 선택된 DCP 패치를 하늘영역으로 선택함으로써 하늘 영역을 확정하게 된다.Then, the sky area is determined by selecting the selected DCP patch as the sky area.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법을 수행하는 시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, a system for performing a method of removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템을 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서, 안개 제거 시스템 및 이에 포함되는 각 구성부는, 공지의 마이크로 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있고, 읽고 쓰기가 가능한 기록매체에 기록되어 컴퓨터 장치에 탑재될 수 있다.4 is a diagram illustrating a system for removing fog in an image using a polarized image according to an embodiment of the present invention. In the following description, the fog removal system and each component included therein may be implemented as a computer program executable by a known microprocessor, and may be recorded on a readable and writable recording medium and mounted on a computer device.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안개 제거 시스템(100)은, 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받아 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 이미지 생성부(110), 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 하늘 영역 판단부(120), 하늘 영역을 추출하고, 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하고, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부(130), 상기 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 제1 디헤이즈 부(140), 상기 하늘 영역 판단부에 의해 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 이미지 합성부(150), 상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부(160), 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 편광도 추정부(170) 및 상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 제2 디헤이즈부(180)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the fog removal system 100 according to an embodiment of the present invention receives a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors and generates one unpolarized image (I). The generator 110, the sky area determination unit 120 that determines whether a sky area exists by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I), extracts the sky area, and adds it to the unpolarized image (I) estimate the first brightness (a ∞) for the object light in the appearing infinite distance, and the polarization of the air scattered light also (p a) and a second brightness (a p) and the second brightness (a p) estimated, and the using the degree of polarization (P a), a third brightness (a) brightness estimating unit 130, the first brightness (a ∞) and the third brightness (a) of estimating by removing the components of the air scattering from the The first dehaze unit 140 for generating the dehaze image L from which the haze component is removed from the unpolarized image I, and when it is determined that the sky area does not exist by the sky area determination unit, the plurality of polarized light gap in accordance with the image to the difference between the maximum brightness image (I ⊥) and the minimum brightness image (I ∥), the image combination unit 150 to generate the maximum brightness image (I ⊥) and the minimum brightness image (I ∥) A brightness estimator 160 for calculating an image ΔI and estimating a first brightness A ∞ for an object light located at an infinity distance appearing in the unpolarized image I using the gap image ΔI ), the polarization degree estimator 170 for estimating the total polarization degree (p) according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light, and the first brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image (ΔI) may include a second dehaze unit 180 that generates a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I by using .

이미지 생성부(110)는 차량에 탑재된 복수의 편광 센서, 일례로서 4개의 편광센서로부터 4개의 서로 다른 편광각을 갖는 편광 이미지를 입력 받아 하나의 무편광 이미지(I)를 생성할 수 있다.The image generator 110 may generate one unpolarized image I by receiving polarized images having four different polarization angles from a plurality of polarization sensors mounted on the vehicle, for example, four polarization sensors.

하늘 영역 판단부(120)는 이미지 입력부(110)로부터 제공되는 무편광 이미지(I)를 이용하여 소실점에 기반한 하늘 영역의 존재 여부를 판단할 수 있다. 소실점은 편광 이미지에 포함된 도로, 건물 등의 객체에 의해 판단될 수 있고, 이러한 소실점이 존재하지 않는 이미지의 경우에는 하늘 영역이 없는 것으로 판단할 수 있다.The sky area determination unit 120 may determine whether the sky area exists based on the vanishing point using the unpolarized image I provided from the image input unit 110 . The vanishing point may be determined by an object such as a road or a building included in the polarized image, and in the case of an image in which the vanishing point does not exist, it may be determined that there is no sky area.

또한, 하늘 영역 판단부(120)는 편광 이미지 내에 소실점이 존재하면, 그 소실점을 기준으로 상부로 일정일정 범위의 사각영역을 ROI로 설정하고, ROI 내 픽셀들의 밝기 평균들을 기준으로 하늘 영역의 존재 여부를 판단할 수 있다. In addition, if a vanishing point exists in the polarized image, the sky area determination unit 120 sets a rectangular area of a certain range upward based on the vanishing point as the ROI, and the existence of the sky area based on the brightness averages of pixels in the ROI can determine whether

제1 밝기 추정부(130)는 하늘 영역 판단부(120)에 의해 하늘 영역이 존재하는 경우(sky) 하늘 영역을 추출하여 전술한 수학식 1 내지 9에 기초하여 대기 산란광의 편광도(PA), 제1 밝기(A), 제2 밝기(Ap) 및 제3 밝기(A)를 산출할 수 있다.The first brightness estimator 130 extracts the sky area when the sky area exists by the sky area determination unit 120, and based on Equations 1 to 9 described above, the polarization degree P A of the atmospheric scattered light. ), the first brightness A , the second brightness A p , and the third brightness A may be calculated.

제1 디헤이즈부(140)는 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)와, 무편광 이미지의 밝기(I)를 이용하여 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성할 수 있다. 제1 디헤이즈부(140)는 하늘 영역의 존재시 전술한 수학식 10에 기초하여 디헤이즈 이미지(L)를 산출할 수 있다.The first dehaze unit 140 generates a dehaze image L from which the haze component is removed using the first brightness A ∞ , the third brightness A, and the brightness I of the unpolarized image. can When the sky area exists, the first dehaze unit 140 may calculate the dehaze image L based on Equation 10 described above.

또한, 하늘 영역이 존재하지 않는 경우(non-sky), 이미지 합성부(150)는 전술한 수학식 11을 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성할 수 있다.In addition, when the sky area does not exist (non-sky), the image synthesizing unit 150 may generate a maximum brightness image (I ) and a minimum brightness image (I ) using Equation 11 described above. .

제2 밝기 추정부(160)는 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정할 수 있다.Second brightness estimating unit 160 includes a maximum brightness image (I ⊥) and the minimum brightness image (I ∥) calculating a gap image (ΔI) according to the difference, and by using a gap image (ΔI), the non-polarized image between the ( The first brightness (A ∞ ) of the object light located at an infinite distance appearing in I) can be estimated.

편광도 추정부(170)는 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 전술한 수학식 13과 같이 공분산을 통해 총 편광도(p)를 추정할 수 있다.The polarization degree estimator 170 may estimate the total polarization degree p through covariance as shown in Equation 13 above according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light.

제2 디헤이즈부(180)는 총 편광도(p), 제1 밝기(A), 무편광 이미지(I) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성할 수 있다. 제2 디헤이즈부(180)는 전술한 수학식 15에 기초하여 디헤이즈 이미지(L)를 산출할 수 있다.The second dehaze unit 180 uses the total polarization degree (p), the first brightness (A ), the unpolarized image (I), and the gap image (ΔI) to remove the haze component (L) can create The second dehaze unit 180 may calculate the dehaze image L based on Equation 15 described above.

또한, 도시되어 있지는 않지만 본 발명의 안개 제거 시스템(100)은 상기 제1 밝기 추정부(120)에 의한 제3 밝기(A)의 산출시 또는 제2 디헤이즈 부(180)부에 의한 디헤이즈 이미지(L) 생성시 바이어스 펙터(ε)를 적용하여 디헤이즈 이미지(L)가 저 노이즈 및 저 콘트라스트 특성을 갖도록 변환할 수 있다.In addition, although not shown, the fog removal system 100 of the present invention dehazes when the third brightness A is calculated by the first brightness estimator 120 or dehazes by the second dehaze unit 180 . When the image L is generated, the dehaze image L may be converted to have low noise and low contrast characteristics by applying a bias factor ε.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하고 있으나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.In the above, preferred embodiments according to the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention appended in the claims Anyone with ordinary skill in the art will be able to implement various modifications.

Ap : 편광된 대기 산란광의 밝기(제1 밝기)
A : 대기 산란광의 밝기(제2 밝기)
A : 무한대 거리에 위치한 객체에 대한 대기 산란광에 의한 밝기(제3 밝기)
p : 편광도 PA : 대기 산란광의 편광도
x,y : 편광 이미지내 픽셀좌표 I0 : 0°편광 이미지
I45 : 45°편광 이미지 I90 : 90°편광 이미지
I135 : 135°편광 이미지 S0, S1, S2, S3 : 스토크스 파라미터
L : 디헤이즈 이미지 100 : 안개제거 시스템
110 : 이미지 생성부 120 : 하늘 영역 판단부
130 : 제1 밝기 추정부 140 : 제1 디헤이즈부
150 : 이미지 합성부 160 : 제2 밝기 추정부
170 : 편광도 추정부 180 : 제2 디헤이즈부
Ap: Brightness of polarized atmospheric scattered light (first brightness)
A: Brightness of atmospheric scattered light (second brightness)
A : Brightness due to atmospheric scattered light for an object located at infinity (third brightness)
p: degree of polarization P A : degree of polarization of atmospheric scattered light
x,y : pixel coordinates in polarized image I 0 : 0° polarized image
I 45 : 45° polarized image I 90 : 90° polarized image
I 135 : 135° polarized image S 0 , S 1 , S 2 , S 3 : Stokes parameter
L: Dehaze image 100: Fog removal system
110: image generating unit 120: sky area determining unit
130: first brightness estimator 140: first dehaze unit
150: image synthesizing unit 160: second brightness estimating unit
170: polarization degree estimating unit 180: second dehaze unit

Claims (22)

안개 제거 시스템에 의한 이미지 내 안개 제거 방법으로서,
(a) 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계;
(b) 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계;
(c) 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계;
(d) 하늘 영역을 추출하고, 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계;
(e) 상기 하늘 영역을 이용하여, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 단계; 및
(f) 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
A method of removing fog in an image by a fog removal system, the method comprising:
(a) receiving a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors;
(b) generating one unpolarized image (I) by using the plurality of polarized images;
(c) determining whether a sky region exists by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I);
(d) extracting a sky region and estimating a first brightness (A ∞ ) of an object light located at an infinity distance appearing in the unpolarized image (I);
(e) using the sky area, even the polarization of the air scattered light (P A) and a second brightness (A p) estimated, and the second brightness (A p) the degree of polarization (P A) of the air scattering from the elements a estimating the third brightness (A) by removing and
(f) generating a dehaze image (L) from which a haze component is removed from the unpolarized image (I) by using the first brightness (A ∞ ) and the third brightness (A)
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 편광 이미지는, 0°편광 이미지(I0), 45°편광 이미지 I45, 90°편광 이미지(I90) 및 135°편광 이미지(I135)이고,
각 편광 이미지의 편광특성을 나타내기 위한 스토크스 파라미터(S0, S1, S2, S3)는,
Figure pat00022

Figure pat00023

Figure pat00024

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
The method of claim 1,
The plurality of polarized images are 0 ° polarized image (I 0 ), 45 ° polarized image I 45 , 90 ° polarized image (I 90 ) and 135 ° polarized image (I 135 ),
Stokes parameters (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ) for representing the polarization characteristics of each polarized image are,
Figure pat00022

Figure pat00023

Figure pat00024

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 2 항에 있어서,
상기 무편광 이미지(I)는
Figure pat00025

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
3. The method of claim 2,
The unpolarized image (I) is
Figure pat00025

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 2 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(b1) 상기 무편광 이미지 내에 소실점이 존재하면, 상기 소실점의 상부로 일정 영역을 ROI로 설정하는 단계; 및
(b2) 상기 ROI내 존재하는 복수의 픽셀의 밝기평균을 산출하고 기준값 이상이면 하늘 영역이 존재하는 것으로 판단하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
3. The method of claim 2,
The step (c) is,
(b1) if there is a vanishing point in the unpolarized image, setting a predetermined area above the vanishing point as an ROI; and
(b2) calculating the average brightness of a plurality of pixels existing in the ROI and determining that the sky region exists if it is greater than or equal to a reference value
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 4 항에 있어서,
상기 소실점은,
상기 무편광 이미지상에 등장하는 객체인 도로에 대응하는 둘 이상의 의 직선이 만나는 지점 또는 둘 이상의 직선에 대한 가상의 연장선이 만나는 지점인 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
5. The method of claim 4,
The vanishing point is
A method of removing fog in an image using a polarized image, which is a point where two or more straight lines corresponding to a road, which are objects appearing on the unpolarized image, meet or a point where virtual extension lines for two or more straight lines meet.
제 4 항에 있어서,
상기 (b2) 단계는,
상기 ROI 내 포함되는 복수의 픽셀의 각 3색 채널 중, 최소값을 선택하여 DCP 이미지를 생성하는 단계;
상기 DCP 이미지 전체를 일정크기를 갖는 복수의 DCP 패치로 분할하는 단계;
상기 각각의 DCP 패치 내에 속하는 픽셀들의 최소값을 기준으로 가장 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5% 에 해당하는 하나 이상의 DCP 패치를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 DCP 패치를 하늘영역으로 선택하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
5. The method of claim 4,
The step (b2) is,
generating a DCP image by selecting a minimum value from among three color channels of a plurality of pixels included in the ROI;
dividing the entire DCP image into a plurality of DCP patches having a predetermined size;
selecting one or more DCP patches corresponding to the brightest upper 0.1% to 0.5% based on the minimum values of pixels included in each DCP patch; and
selecting the selected DCP patch as the sky area
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 6 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 하늘 영역에 속하는 복수의 픽셀을 밝은 순서대로 정렬하는 단계;
(d2) 정렬된 복수의 픽셀 중, 최대 밝기를 갖는 픽셀을 중심으로 일정크기의 밝기 패치를 생성하고, 밝기 패치에 속하는 모든 픽셀들이 이하의 수학식,
Figure pat00026

에 따라, 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하는지 확인하는 단계; 및
(d3) 상기 (d2) 단계에서 조건을 만족하면 상기 밝기 패치의 크기를 일정 단위로 증가시키며 상기 (d2) 단계를 재 수행하고, 상기 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하지 않으면, 이전 수행한 (d2) 단계에서 이용된 크기의 밝기 패치를 이하의 수학식,
Figure pat00027

에 적용하여 상기 제1 밝기(A)를 추정하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법(여기서, δ는 밝기 패치 상수, S0(m,n)는 밝기 패치 내 모든 픽셀의 밝기, |Δ|는 밝기 패치에 속하는 픽셀의 갯수).
7. The method of claim 6,
Step (d) is,
(d1) arranging a plurality of pixels belonging to the sky region in a bright order;
(d2) Among the plurality of aligned pixels, a brightness patch of a certain size is generated centering on a pixel having the maximum brightness, and all pixels belonging to the brightness patch are expressed by the following equation,
Figure pat00026

checking whether a condition with the patch constant (δ) is satisfied; and
(d3) If the condition in step (d2) is satisfied, the size of the brightness patch is increased by a certain unit and step (d2) is performed again. If the condition with the patch constant (δ) is not satisfied, the previously performed The brightness patch of the size used in step (d2) is expressed by the following equation,
Figure pat00027

estimating the first brightness (A ) by applying
Within the mist removal image by using the polarized image including a method (where, δ is the brightness patch constant, S 0 (m, n) is brightness, brightness, within all the pixel patches | Δ | is the number of pixels belonging to the brightness patch).
제 7 항에 있어서,
상기 (d2) 단계는,
최초 크기의 제2 픽셀이 상기 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 최대 밝기를 갖는 픽셀보다 차순위로 밝기가 낮은 픽셀을 중심으로 하여 상기 밝기 패치를 재 생성하고, 상기 패치 상수(δ)와의 조건을 만족하는지 확인하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
8. The method of claim 7,
The step (d2) is,
If the second pixel of the initial size does not satisfy the condition with the patch constant (δ), the brightness patch is regenerated with the pixel having the next lower brightness than the pixel having the maximum brightness as the center, and the patch constant ( Checking whether the condition with δ) is satisfied
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 2 항에 있어서,
이고, 상기 대기 산란광의 편광도(PA)는,
이하의 수학식,
Figure pat00028


으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법(여기서, Ω는 추출된 하늘 영역, |Ω|는 하늘 영역 내 픽셀의 수, (x,y)는 픽셀 좌표).
3. The method of claim 2,
And, the degree of polarization (P A) of the air are scattered light,
the following formula,
Figure pat00028


A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as
제 2 항에 있어서,
상기 제2 밝기(Ap)는, 이하의 수학식,
Figure pat00029

Figure pat00030

Figure pat00031

으로 산출되고,
상기 제3 밝기(A)는, 이하의 수학식,
Figure pat00032

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법(여기서, p(x,y)는 대기 산란광 및 객체광의 총 편광도, θA는 대기 산란광의 편광각).
3. The method of claim 2,
The second brightness (A p ) is the following equation,
Figure pat00029

Figure pat00030

Figure pat00031

is calculated as
The third brightness (A) is the following equation,
Figure pat00032

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as (where p(x,y) is the total polarization degree of atmospheric scattered light and object light, and θ A is the polarization angle of atmospheric scattered light).
제 10 항에 있어서,
상기 디헤이즈 이미지(L)는
이하의 수학식,
Figure pat00033

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법(여기서, I(x,y)는 무편광 이미지의 각 픽셀의 밝기).
11. The method of claim 10,
The dehaze image (L) is
the following formula,
Figure pat00033

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as (where I(x,y) is the brightness of each pixel in the unpolarized image).
제 10 항에 있어서,
상기 무편광 이미지(I)에 포함된 대기 산란광(p)에 의한 노이즈 성분의 제거를 위한 바이어스 팩터(ε)가 적용됨에 따라, 상기 제2 밝기(Ap)는
이하의 수학식,
Figure pat00034

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
11. The method of claim 10,
As a bias factor (ε) for removing a noise component caused by atmospheric scattered light (p) included in the unpolarized image (I) is applied, the second brightness (A p ) is
the following formula,
Figure pat00034

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
안개 제거 시스템에 의한 이미지 내 안개 제거 방법으로서,
(a) 복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받는 단계;
(b) 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 단계;
(c) 상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 하늘 영역이 존재하지 않으면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 단계;
(e) 상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 단계;
(f) 상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 단계; 및
(g) 상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
A method of removing fog in an image by a fog removal system, the method comprising:
(a) receiving a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors;
(b) generating one unpolarized image (I) by using the plurality of polarized images;
(c) determining whether a sky region exists by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I);
(d) generating a maximum brightness image (I ⊥ ) and a minimum brightness image (I ) using the plurality of polarized images if the sky region does not exist in step (c);
(e) calculating a gap image (ΔI) according to the difference between the maximum brightness image (I ) and the minimum brightness image (I ), and using the gap image (ΔI) to appear in the unpolarized image (I) estimating a first brightness (A ∞ ) of an object light located at an infinity distance;
(f) estimating a total polarization degree (p) according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light; and
(g) using the first brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image (ΔI) to generate a dehaze image (L) in which the haze component is removed from the unpolarized image (I) step
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 편광 이미지는, 0°편광 이미지(I0), 45°편광 이미지 I45, 90°편광 이미지(I90) 및 135°편광 이미지(I135)이고,
각 편광 이미지의 편광특성을 나타내기 위한 스토크스 파라미터(S0, S1, S2, S3)는,
Figure pat00035

Figure pat00036

Figure pat00037

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
14. The method of claim 13,
The plurality of polarized images are 0 ° polarized image (I 0 ), 45 ° polarized image I 45 , 90 ° polarized image (I 90 ) and 135 ° polarized image (I 135 ),
Stokes parameters (S 0 , S 1 , S 2 , S 3 ) for representing the polarization characteristics of each polarized image are,
Figure pat00035

Figure pat00036

Figure pat00037

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 14 항에 있어서,
상기 무편광 이미지(I)는
Figure pat00038

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
15. The method of claim 14,
The unpolarized image (I) is
Figure pat00038

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 15 항에 있어서,
상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)는,
각각 이하의 수학식,
Figure pat00039

Figure pat00040

으로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
16. The method of claim 15,
The maximum brightness image (I ) and the minimum brightness image (I ) are,
Each of the following formulas,
Figure pat00039

Figure pat00040

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 16 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
상기 최대 밝기 이미지(I)에서 최소 밝기 이미지(I)를 감한 갭 이미지(ΔI)를 생성하는 단계;
상기 갭 이미지(ΔI)에서 각 채널별 픽셀 중, 가장 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5 %에 속하는 복수의 픽셀을 후보 영역으로 선정하는 단계; 및
상기 무편광 이미지(I)에서 상기 후보 영역과 동일한 위치인 복수의 픽셀 중, 가상 밝은 상위 0.1 % 내지 0.5 %를 선정하고, 선정된 복수의 픽셀의 평균 밝기를 상기 제1 밝기(A)로 결정하는 단계
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
17. The method of claim 16,
Step (e) is,
Generating an image of the gap (ΔI) obtained by subtracting the minimum brightness image (I ∥) in the maximum brightness image (I ⊥);
selecting, as a candidate region, a plurality of pixels belonging to the brightest upper 0.1% to 0.5% among pixels for each channel in the gap image ΔI; and
From among a plurality of pixels in the same position as the candidate region in the unpolarized image (I), virtual bright upper 0.1% to 0.5% are selected, and the average brightness of the selected plurality of pixels is set as the first brightness (A ) step to decide
A method of removing fog in an image using a polarized image comprising a.
제 17 항에 있어서,
상기 (f) 단계는,
상기 대기 산란광 및 객체광은 상관관계에 따라, 상기 총 편광도(p)는 이하의 수학식,
Figure pat00041

이 최소값을 가질 때의 값으로 결정하는 단계인 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
18. The method of claim 17,
The step (f) is,
According to the correlation between the atmospheric scattered light and the object light, the total polarization degree (p) is the following equation,
Figure pat00041

A method of removing fog in an image using a polarized image, which is a step of determining a value when it has this minimum value.
제 18 항에 있어서,
상기 디헤이즈 이미지(L)는,
이하의 수학식,
Figure pat00042

로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
19. The method of claim 18,
The dehaze image (L) is,
the following formula,
Figure pat00042

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
제 19 항에 있어서,
상기 무편광 이미지(I)에 포함된 대기 산란광(p)에 의한 노이즈 성분의 제거를 위한 바이어스 팩터(ε)가 적용됨에 따라, 상기 디헤이즈 이미지(L)는,
Figure pat00043

로 산출되는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 방법.
20. The method of claim 19,
As the bias factor (ε) for removing the noise component by the atmospheric scattered light (p) included in the unpolarized image (I) is applied, the dehaze image (L) is,
Figure pat00043

A method of removing fog in an image using a polarized image calculated as .
복수의 편광 센서로부터 동일한 피사체를 촬영한 복수의 편광 이미지를 입력받아 하나의 무편광 이미지(I)를 생성하는 이미지 생성부;
상기 무편광 이미지(I)에 소실점 추정 알고리즘을 적용하여 하늘 영역의 존재 여부를 판단하는 하늘 영역 판단부;
하늘 영역을 추출하고, 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하고, 대기 산란광의 편광도(PA) 및 제2 밝기(Ap)를 추정하고, 상기 제2 밝기(Ap)에서 대기 산란광의 편광도(PA) 성분을 제거하여 제3 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부; 및
상기 제1 밝기(A) 및 제3 밝기(A)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 제1 디헤이즈 부
를 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템.
an image generator configured to receive a plurality of polarized images obtained by photographing the same subject from a plurality of polarization sensors and generate one unpolarized image (I);
a sky area determination unit for determining whether a sky area exists by applying a vanishing point estimation algorithm to the unpolarized image (I);
Extracting a sky area, and estimate the first brightness (A ∞) for the object light in the infinite distance to appear in the non-polarized images (I), and the polarized light in the air scattered light also (P A) and a second brightness (A a brightness estimator for estimating p ) and estimating a third brightness A by removing the polarization degree P A component of the atmospheric scattered light from the second brightness A p ; and
A first dehaze unit generating a dehaze image L from which a haze component is removed from the unpolarized image I by using the first brightness A ∞ and the third brightness A
In-image fog removal system using a polarized image comprising a.
제 21 항에 있어서,
상기 하늘 영역 판단부에서 하늘 영역이 존재하지 않는다고 판단되면, 상기 복수의 편광 이미지를 이용하여 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)를 생성하는 이미지 합성부;
상기 최대 밝기 이미지(I) 및 최소 밝기 이미지(I)간의 차에 따른 갭 이미지(ΔI)을 산출하고, 상기 갭 이미지(ΔI)를 이용하여 상기 무편광 이미지(I)에 등장하는 무한대 거리에 위치한 객체광에 대한 제1 밝기(A)를 추정하는 밝기 추정부;
상기 대기 산란광 및 객체광의 관계에 따라, 총 편광도(p)를 추정하는 편광도 추정부; 및
상기 제1 밝기(A), 총 편광도(p) 및 갭 이미지(ΔI)를 이용하여, 상기 무편광 이미지(I)로부터 헤이즈 성분이 제거된 디헤이즈 이미지(L)를 생성하는 제2 디헤이즈부
를 더 포함하는 편광 이미지를 이용한 이미지 내 안개 제거 시스템.
22. The method of claim 21,
If it is determined the sky region does not exist in the sky area determining unit, an image synthesizing unit for generating a maximum brightness image (I ⊥) and the minimum brightness image (I ∥) using the plurality of the polarization image;
A gap image (ΔI) is calculated according to the difference between the maximum brightness image (I ) and the minimum brightness image (I ), and the infinity distance appearing in the unpolarized image (I) using the gap image (ΔI) a brightness estimator for estimating a first brightness (A ∞ ) of an object light located in ;
a polarization degree estimator for estimating a total polarization degree (p) according to the relationship between the atmospheric scattered light and the object light; and
Using the first brightness (A ), the total polarization degree (p), and the gap image (ΔI), a second dehaze image (L) in which the haze component is removed from the unpolarized image (I) is generated. haze department
Fog removal system in the image using a polarized image further comprising a.
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