圖像去霧算法

1、圖像去霧算法基于暗原色先驗(yàn)的單一圖像去霧方法數(shù)字圖像處理技術(shù)2022-5-14 數(shù)字圖像處理是為了能夠讓圖像很好地滿足人眼視覺需求或者很好地被計(jì)算機(jī)視覺輸入設(shè)備所識(shí)別，借助計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理的過程。 （1）圖像數(shù)字化： 通過各種設(shè)備獲取的圖像因?yàn)槭沁B續(xù)的不能直接交予計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，所以處理之前需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化處理，也就是說用一個(gè)數(shù)值矩陣來表示圖像。圖像采樣后一個(gè)采樣點(diǎn)稱為一個(gè)像素，每個(gè)像素有位置和灰度兩個(gè)屬性，對(duì)所有像素都進(jìn)行數(shù)字化后，圖像就變成一個(gè)數(shù)值矩陣，該矩陣可作為計(jì)算機(jī)的處理對(duì)象。通過圖像采樣用一個(gè)數(shù)值矩陣來表示圖像數(shù)字圖像處理技術(shù) （2）圖像變換： 圖像數(shù)字化處理后用數(shù)值矩陣

2、表示，矩陣的大小通常很大，如果直接把圖像在空間域進(jìn)行操作，處理時(shí)需要用到的計(jì)算很多，很耗時(shí)。為解決這個(gè)問題，可以借助圖像變換的方式，采用一些間接處理技術(shù)如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等，將空域處理變?yōu)轭l域處理，這樣既可以達(dá)到計(jì)算量減少的效果，獲得的處理也更為有效。 （3）圖像增強(qiáng)： 提高圖像質(zhì)量的有效方法之一是圖像增強(qiáng)。圖像增強(qiáng)既能是提高圖像視覺質(zhì)量，如提高圖像的對(duì)比度、提高圖像的清晰度，削去噪聲對(duì)圖像的影響等；又能讓圖像更好地被機(jī)器所識(shí)別，使圖像得到更好的機(jī)器視覺處理。2022-5-14數(shù)字圖像處理技術(shù) （4）圖像復(fù)原技術(shù) 圖像復(fù)原技術(shù)是根據(jù)圖像降質(zhì)的原因建立圖像的退化模型，反演圖像

3、退化過程，并據(jù)此補(bǔ)償退化過程造成的圖像失真，從而恢復(fù)出沒有退化的圖像或者是圖像的最理想狀態(tài)，使得圖像的質(zhì)量得到改善。 （5）圖像編碼技術(shù) 圖像處理時(shí)圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)）如果比較大的話，可以采用圖像編碼壓縮技術(shù)，利用此技術(shù)可以將圖像傳輸處理時(shí)間縮短，還可以減少處理所需要的存儲(chǔ)器容量。2022-5-14數(shù)字圖像處理技術(shù) （6）圖像分割技術(shù) 圖像分割是獲取圖像中對(duì)分析有意義的重要部分，這些部分包括圖像中的邊緣、區(qū)域等，獲取圖像的重要特征是為了給后續(xù)的圖像識(shí)別和分析做奠基。2022-5-14MATLAB 軟件介紹 特點(diǎn)： 1) 高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來；

4、 2) 具有完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化； 3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握； 4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等) ，為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具。2022-5-14MATLAB 軟件介紹 應(yīng)用： MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。2022-5-14引言 去霧原因： 霧、霾等惡劣天氣條件下，各種拍攝所得圖像

5、都會(huì)存在對(duì)比度下降、清晰度下降、顏色改變等問題，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，降低了圖像的使用價(jià)值。 影響： 在霧、霾天氣下，由于物體能見度降低，監(jiān)控系統(tǒng)拍攝到的畫面的對(duì)比度下降 道路尤其是高速公路在霧、霾天氣下發(fā)生車輛追尾等交通事故的概率增加 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在霧霾等惡劣天氣下獲得的圖像質(zhì)量大大下降引言引言能否去霧？引言背景本文采用的物理模型被稱作 McCarney 大氣散射模型 , 其廣泛用于計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)領(lǐng)域中 。根據(jù)光在霧天傳輸?shù)奈锢硖匦?,其描述為其中，I(X)就是我們現(xiàn)在已經(jīng)有的圖像（待去霧的圖像），J(x)是我們要恢復(fù)的無霧的圖像，A是全球大氣光成分， t(x)為透射率?，F(xiàn)在的已知條

6、件就是I(X)，要求目標(biāo)值J(x),顯然，這是個(gè)有無數(shù)解的方程，因此，就需要一些先驗(yàn)了。暗通道（原色）先驗(yàn)何凱明 2009年CVPR最佳論文作者何凱明博士（2007年清華大學(xué)畢業(yè)，2011年香港中文大學(xué)博士畢業(yè)）首次提出暗通道先驗(yàn)理論。2010年提出引導(dǎo)濾波算法對(duì)濾波效果改進(jìn)。 2011年對(duì)暗通道先驗(yàn)理論進(jìn)行改進(jìn)。 2013年對(duì)引導(dǎo)濾波算法進(jìn)行改進(jìn)。 何凱明主頁( http:/ )暗通道（原色）先驗(yàn)原理 對(duì)于沒有霧的圖像，在絕大多數(shù)非天空的局部區(qū)域里，某一些像素總會(huì)有至少一個(gè)顏色通道具有很低的值。換言之，該區(qū)域光強(qiáng)度的最小值是個(gè)很小的數(shù)。 我們給暗通道一個(gè)數(shù)學(xué)定義，對(duì)于任意的輸入圖像J，其暗通

7、道可以用下式表達(dá)： 式中Jc表示彩色圖像的每個(gè)通道 ，(x)表示以像素X為中心的一個(gè)窗口。暗通道先驗(yàn)原因 暗通道先驗(yàn)的理論指出： 實(shí)際生活中造成暗原色中低通道值主要有三個(gè)因素：a)汽車、建筑物和城市中玻璃窗戶的陰影，或者是樹葉、樹與巖石等自然景觀的投影；b)色彩鮮艷的物體或表面，在RGB的三個(gè)通道中有些通道的值很低（比如綠色的草地樹植物，紅色或黃色的花朵葉子，或者藍(lán)色的水面）；c)顏色較暗的物體或者表面，例如灰暗色的樹干和石頭?？傊?，自然景物中到處都是陰影或者彩色，這些景物的圖像的暗原色總是很灰暗的。2022-5-1414141824303229191816315050502219213148

8、65702324253851627135323342535763585451535659496263696661664629262934394345343031415658583937354255718040404049566787494543535962757267636365595473777775676447778791310111010142429241515141829404314161625324049222223313835413937343942392740424648424123BRG7787913101110101424292415151418294043141616253

9、24049222223313835413937343942392740424648424123Min(R,G,B)例：如下所示為某彩色圖象的7*7三通道像素值，求每個(gè)像素2鄰域暗通道2022-5-1477777777777777777777777777777777777232323232388232323232388777787913101310111011101014242924292477778791310131011101110101424292429241515151514182940434043141614161625324049404922222222233138354135413

10、937393734394239273927404240424648424123412339373937343942392739274042404246484241234123777787913101310111011101014242924292415151515141829404340431416141616253240494049222222222331383541354139373937343942392739274042404246484241234123777787913101310111011101014242924292477778791310131011101110101424

11、292429241515151514182940434043141614161625324049404922222222233138354135413937393734394239273927404240424648424123412339373937343942392739274042404246484241234123先擴(kuò)充左右兩邊再擴(kuò)充上下兩邊求二鄰域暗通道結(jié)果暗通道先驗(yàn)效果無霧圖像暗通道先驗(yàn)效果無霧圖像暗通道先驗(yàn)效果無霧圖像暗通道先驗(yàn)有霧圖像暗通道先驗(yàn)有霧圖像去霧算法透射率估計(jì) 將式（1）稍作處理，變形為下式： 如上所述，上標(biāo)C表示R/G/B三個(gè)通道的意思。 然后對(duì)式（7）兩邊求兩次最

12、小值運(yùn)算，得到下式：去霧算法透射率估計(jì)在現(xiàn)實(shí)生活中，即使是晴天白云，空氣中也存在著一些顆粒，因此，看遠(yuǎn)處的物體還是能感覺到霧的影響，另外，霧的存在讓人類感到景深的存在，因此，有必要在去霧的時(shí)候保留一定程度的霧，這可以通過在式（11）中引入一個(gè)在0,1 之間的因子，則式（11）修正為：本測(cè)試依賴于： =0.95。透射率t顯示圖透射率t顯示圖去霧算法大氣光值 上述推論中都是假設(shè)全球大氣光A值是已知的，在實(shí)際中，我們可以借助于暗通道圖來從有霧圖像中獲取該值。具體步驟如下： 1） 從霧化暗通道圖中按照亮度的大小取前0.1%的像素。 2） 在這些位置中，在原始有霧圖像I中尋找對(duì)應(yīng)的具有最高亮度的點(diǎn)的值，

13、作為A值。 到這一步，我們就可以進(jìn)行無霧圖像的恢復(fù)了。由式（1）可知： J = ( I - A)/t + A 現(xiàn)在I,A,t都已經(jīng)求得了，因此，完全可以進(jìn)行J的計(jì)算。去霧結(jié)果顯示去霧結(jié)果顯示2022-5-14各參數(shù)對(duì)去霧結(jié)果的影響 窗口大小對(duì)去霧結(jié)果的影響 暗通道求取時(shí)濾波器的窗口大小對(duì)處理結(jié)果來說是個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，濾波器窗口越大，它所包含暗通道的概率越大，暗通道就會(huì)越黑。如果不從理論角度分去析，只從實(shí)際的結(jié)果來看，似乎窗口變大以后去霧的效果會(huì)欠佳，如下圖所示： 2022-5-14窗口大小對(duì)去霧結(jié)果的影響所以窗口大小通常建議選取在 11-51 之間，即半徑在 5-25 之間，最常使用的窗口大小為15。2022-5-14w 值對(duì)去霧結(jié)果的影響 式 （12）中 w 表征圖像的去霧程度，設(shè)置該參數(shù)是為了使恢復(fù)后的圖像保留一定程度的霧讓圖像看起來更為真實(shí)。顯而易見 w 值越小，去霧后圖像效果越差，示例如下： 2022-5-14w 值對(duì)去霧結(jié)果的影響2022-5-14引導(dǎo)圖像濾波 引導(dǎo)圖像濾波是一種邊緣平滑濾波