霧霾天視頻圖像清晰化處理及其量化評價(jià)方法研究.pdf

1、由于受霧霾等復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境的影響，成像設(shè)備獲取到的視頻圖像降質(zhì)嚴(yán)重，使得霧霾天圖像復(fù)原方法的研究成為計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵性問題。
　　本文旨在探討霧霾天視頻圖像復(fù)原及其效果評價(jià)方法的問題。針對自然場景下含霧圖像呈現(xiàn)出低對比度和色彩失真等問題，提出了一種基于視覺信息損失先驗(yàn)的圖像去霧算法，解決傳統(tǒng)去霧算法處理大面積亮域背景時(shí)產(chǎn)生halo效應(yīng)的問題，并提升算法實(shí)時(shí)性；針對當(dāng)前降質(zhì)圖像復(fù)原技術(shù)缺乏有效量化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的問題，探索

2、了一種基于先驗(yàn)特征引導(dǎo)的圖像去霧效果量化評價(jià)方法，解決量化評價(jià)結(jié)果與人類感知之間的主觀一致性問題；針對視頻圖像去霧算法面向?qū)嶋H應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)問題，開發(fā)了一套視頻去霧的軟、硬件開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場視頻圖像實(shí)時(shí)去霧功能。圍繞視頻圖像去霧技術(shù)的相關(guān)理論展開研究，主要開展了以下三個(gè)方面的研究工作：
　　（1）視覺損失先驗(yàn)的圖像去霧算法研究。本文提出基于視覺信息損失先驗(yàn)的圖像分層去霧方法，通過構(gòu)建視覺信息損失函數(shù)，將圖像去霧過程中的透射圖預(yù)估問題

3、轉(zhuǎn)化成求解約束條件下?lián)p失函數(shù)最小值的最優(yōu)化問題。為保留由于景物遠(yuǎn)近造成的圖像視覺景深層次感，采用人類視覺系統(tǒng)模型對含霧圖像進(jìn)行視覺景深劃分，結(jié)合視覺特性估算對應(yīng)區(qū)域的粗透射率圖；然后，利用局部拉普拉斯濾波器對粗透射率圖進(jìn)行細(xì)化和融合處理，得到全局透射率圖。本文去霧方法區(qū)別于傳統(tǒng)先驗(yàn)算法的全局透射率提取，利用視覺分層技術(shù)對去霧結(jié)果的景深層次效果進(jìn)行保留，使得復(fù)原效果更加接近真實(shí)場景。同時(shí)，避免了傳統(tǒng)去霧方法在透射率圖估算上的過分細(xì)化，彌補(bǔ)

4、了目標(biāo)區(qū)域透射率估計(jì)不足，改善了大面積亮域背景下的圖像去霧效果，提升了去霧算法的實(shí)時(shí)性，為圖像去霧方法的研究提供了一種新思路。
　?。?）先驗(yàn)特征引導(dǎo)的圖像去霧效果量化評價(jià)方法研究。研究發(fā)現(xiàn)，無參考圖像質(zhì)量評價(jià)過程接近于一個(gè)循環(huán)分類的比較過程，而不是直接對比預(yù)測出來的精確得分值。為了進(jìn)行無參考圖像復(fù)原效果的評測，提出了心理推斷基準(zhǔn)的概念來進(jìn)行先驗(yàn)特征數(shù)據(jù)歸一化處理。本文的評價(jià)機(jī)制首先提取含霧圖像中潛在的先驗(yàn)特征，并進(jìn)行特征篩選與優(yōu)

5、化；其次，將先驗(yàn)特征與心理推斷基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用以消除個(gè)體認(rèn)知差異對評測數(shù)據(jù)的影響；最后，利用循環(huán)分類器訓(xùn)練數(shù)據(jù)分類面，進(jìn)而得到參評去霧算法的效果排序結(jié)果。該方法的主要貢獻(xiàn)是將在圖像質(zhì)量評價(jià)方法中常見的求解預(yù)測回歸模型問題，轉(zhuǎn)化為一個(gè)利用分類方法求解的數(shù)學(xué)問題，進(jìn)而應(yīng)用到含霧圖像復(fù)原效果的量化評價(jià)方法中。
　?。?）視頻圖像去霧算法的應(yīng)用研究。本文在算法的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)和硬件設(shè)備，完成了視頻去霧算法在軟、硬件平臺上的開發(fā)

6、工作。在軟件測試平臺端，為了能夠更加直觀的對比本文提出算法與現(xiàn)有算法的清晰化處理效果，實(shí)現(xiàn)并對比了多種常見的圖像去霧算法，讀取并顯示了算法在處理過程中的文本信息，進(jìn)而方便對去霧算法的時(shí)效性進(jìn)行直觀比較。在嵌入式硬件平臺端，結(jié)合CCD攝像槍、DSP處理芯片、上位機(jī)以及視頻顯示器等外設(shè)，搭建了基于TMS320DM642處理芯片的霧霾天現(xiàn)場視頻圖像清晰化處理系統(tǒng)。在移植過程中，克服了算法大運(yùn)算量與有限的片內(nèi)資源之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)了在D1分辨率下