单幅图像去雾算法的研究及应用

发布时间：2020-11-04 18:14

　　 雾霾下,大量气溶胶颗粒悬浮在大气中,场景光在传输途中与其发生散射,能量衰减,导致采集到的图像质量受损,严重影响图像特征提取,对交通、军事、航空等依赖图像处理技术的领域产生严重影响。因此,如何通过去雾恢复有雾图像的原貌,提升图像质量,是一个极具实际意义的研究课题。本文重点研究以大气散射模型为基础的去雾算法,首先介绍大气散射模型,从从本质上分析雾天图像的退化机制。之后引出在图像去雾算法中占据重要地位的暗原色先验去雾算法,深入分析该算法原理以及有待改进的不足之处。针对其中不足,本文所作的改进分为两部分——算法精度和算法效率。前者细分为以下四步:一是对最小值滤波进行阈值限制,得到受限暗通道图,以解决原算法在图像景深突变区域出现的白色光晕现象;二是采用四叉树子空间分层次搜索法求取大气光学值,避免错误地取值到图像中的白色物体;三是构建明亮区域隶属度函数,修正明亮区域的大气透射率,避免颜色失真现象;四是对复原图像进行伽马变换,提高图像的整体亮度,增强视觉效果。后者是通过研究基于边缘保持的图像滤波算法,提出两种快速保边滤波算法——基于方差的快速保边滤波和自适应指数加权移动平均滤波,替换原算法中的软抠图算法,提高去雾算法效率。最后,为验证本文去雾算法是否有效,通过实验,利用本文算法和其它四种典型的图像去雾算法对五幅不同场景下的有雾图像进行去雾处理,并从主观评价、客观评价和时间效率三个方面对实验结果进行综合比较。实验结果表明,本文去雾算法更具鲁棒性,去雾效果良好,算法效率大幅提升。此外,本文将去雾算法应用到有雾霾下的车牌识别中,成功提高了车牌识别准确率。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TP391.41
【部分图文】：

图１．１雾霾图??

?第１章绪?论???ｉ＿＿??ｉＨＢＨＨＢ?ＨＰ９ｆ９ＲＩ．??（ａ）交通监控?（ｂ）卫星遥感?（ｃ）行人??图１．１雾霾图??１．２国内外发展现状及趋势??图像去雾技术主要是利用计算机对图像中的数据信息进行分析，通过数学??算法建立模型，把雾霾天气下采集到的降质图像恢复为具有良好视觉效果的图??像，属于数字图像处理领域【４］。图像去雾技术应用十分广泛，不局限于生活中??的交通监控、安防监控，在国防军事、航空航海等领域都有着重要的应用。因??此，国内外学者对图像去雾技术的研究热情一直不曾衰减。到目前为止，主流??去雾算法可以分为三类：第一类，基于图像增强，该类算法未能考虑雾霾对图??像的影响原理，仅从主观视觉感受出发，利用图像增强手段，提高图像视觉效??果，容易丢失图像信息；第二类，基于图像复原，从大气散射模型出发，反演??计算出复原图像，恢复后的图像较为真实；第三类。基于深度学习，需要大量??的训练数据，且对应的训练集难以构造。三类去雾算法又可细分为以下类别，??如图１．２所示：??Ｗ像去雾算法??￣￣￣＾——，，??＊干剛：議＊＊?｜?＊干剛繼》？法?学习的去《？法??ｔｌ?ｍ?ｍ?□?［？｜?［ｔｌ?Ｍ?＼ｉ??方网?波?东５?先?于?５??ｓ?Ｉ?＾?１：?Ｉ?ｔ?Ｉ?Ｊ??ｓ?ｉ?ｉ?ｉ??ｕ?Ｕ?ｌｉＪ?□?＾?ｉ?＾?＾?？??ＬｉＪ?ＵＪ?［Ｕ?ｉ?＾??法??图１．２图像去雾算法类别图??１．２．１基于图像增强的去雾算法??３??

?第２章图像去雾算法基本理论???ｆＨｐ?■?Ｉ?ｆ?｜??挪?｜?????ｎ?＇？〇ｆ?＇?＇?ｊ７?１??－１?：?ｊ｜?二?Ｌ??■ｉｌｌ」ｌＪＩｉｉｉＩ?：；」；ｈ??０?＊？？？？？？?（ｉ?丨?ｍｏｉｕｘｋ?如?ｒ?？?ｗｏ?ｎ＂?？??（ａ）无雾图像?（ｂ）薄雾图像?（ｃ）浓雾图像??图２．１不同雾气浓度下的图像及其灰度直方图??２．２大气散射模型??雾化图像形成的实质是场景反射到成像设备中的光线同大气中的物质发生??相互作用，其中，散射作用占据主导地位，其它影响较校因此，为简化处理??过程，在探讨雾化图像的退化时，一般可只考虑散射作用。??大气散射是一个复杂的物理过程，反射光在经大气传输时，会与各种大小??各异、材质各异的悬浮颗粒发生散射作用，且在光线的传播路径中，存在若干??悬浮颗粒，将导致传播光线发生多次反射，加大了大气散射的复杂程度。Ｍｉｅ散??射理论可以较好的描述这种大气散射作用，后来，ＭｃＣａｒｔｎｅｙ?Ｉ２１］在此基础之上，??推导得出大气散射模型，该模型是大气光学领域和图像处理领域常用的模型，??其简化了复杂的大气散射过程，用简洁的数学模型准确的揭示出雾化图像的退??化机理。ＭｃＣａｒｔｎｅｙ提出的大气散射模型由两部分构成，如图２．２所示：一是由??大气当中悬浮颗粒直接导致的入射光衰减部分；二是由于环境光与悬浮颗粒相??互作用，经过多次反射、散射，最终到达成像设备的环境光部分。两者共同描??述大气散射模型，深层次解释了图像的雾化过程。??９??
【参考文献】

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本文编号：2870433