圖像去霧方法和評(píng)價(jià)及其應(yīng)用研究.pdf

1、霧天降質(zhì)圖像的去霧處理是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的重要問(wèn)題與研究熱點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于導(dǎo)致霧天圖像降質(zhì)的原因復(fù)雜,且霧天圖像本身的信息量不多,現(xiàn)有的算法和退化模型在描述圖像降質(zhì)的根本原因和應(yīng)用于特定場(chǎng)景中時(shí)均存在不盡如人意之處,視覺(jué)改善的效果仍有較大的提升空間。因此,在分析霧天降質(zhì)圖像退化機(jī)理的基礎(chǔ)上,研究如何對(duì)其進(jìn)行有效的清晰化處理具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　自動(dòng)去霧技術(shù)研究主要涉及四個(gè)問(wèn)題:單幅圖像去霧處理、視頻去霧處

2、理、構(gòu)建去霧效果的客觀評(píng)價(jià)體系和去霧技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。本文針對(duì)這四個(gè)方面展開(kāi)深入的研究,探索了去霧技術(shù)的新理論、新方法,并為改善視覺(jué)系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的工作性能奠定一定的理論基礎(chǔ)。本文具體完成的工作如下:
　　針對(duì)已有基于暗原色原理的去霧算法具有時(shí)空復(fù)雜度高的問(wèn)題,而基于大氣耗散函數(shù)的去霧方法則存在算法參數(shù)多且需人工調(diào)整等問(wèn)題,提出了一種基于傳播圖梯度優(yōu)先規(guī)律的去霧方法。該方法依據(jù)傳播圖梯度優(yōu)先規(guī)律,通過(guò)對(duì)大氣耗散函數(shù)圖像進(jìn)行

3、快速雙邊濾波來(lái)獲取傳播圖中的少量精細(xì)化像素,而對(duì)于最終傳播圖中的大量像素則直接來(lái)自由暗原色原理所得到的粗略傳播圖。該方法不僅顯著減小了計(jì)算量,而且避開(kāi)了復(fù)雜矩陣項(xiàng)的求解和多參數(shù)的設(shè)置。在對(duì)大量有霧圖像的清晰化實(shí)驗(yàn)中,該方法獲得了較好的結(jié)果。
　　依據(jù)霧天圖像所具有的頻譜特性,提出了一種基于傅里葉振幅譜特性霧天檢測(cè)方法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。針對(duì)已有視頻去霧算法存在塊狀效應(yīng)等問(wèn)題,本文提出了兩種基于霧氣理論的視頻去霧算法,

4、一種視霧氣為覆蓋在各幀圖像上的一層遮罩被從原視頻中減除,一種視霧氣為光路傳播圖被分離消除。前者將Retinex算法得到的亮度圖像與視頻幀自身的深度關(guān)系相結(jié)合求取霧氣遮罩,并將此遮罩從原視頻幀中分離以去除霧氣;后者將由背景圖像得到的視頻“通用”傳播圖應(yīng)用于視頻的所有幀以消除霧氣。實(shí)驗(yàn)證明兩種算法均能有效地提高原有霧視頻各幀的清晰度。所提算法從霧氣的角度入手,無(wú)需借助參考圖像,運(yùn)算代價(jià)低,與一般視頻去霧算法相比,在獲得較優(yōu)的去霧效果的同時(shí),

5、具有較好的實(shí)用性和較快的處理速度。
　　提出建立去霧效果綜合評(píng)價(jià)體系。在分析指出已有對(duì)比度增強(qiáng)評(píng)估方法不足之處的基礎(chǔ)上,提出對(duì)于能檢測(cè)出能見(jiàn)度的場(chǎng)景,將去霧前后能見(jiàn)度數(shù)值的提升作為一項(xiàng)最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo),而對(duì)于無(wú)法檢測(cè)能見(jiàn)度的場(chǎng)景,則分別提出了兩種圖像復(fù)原效果評(píng)價(jià)方法。一種借助由環(huán)境渲染或光路傳播圖所模擬的霧環(huán)境圖像,采用全參考方式評(píng)估算法的去霧效果;一種從人類(lèi)視覺(jué)感知的角度出發(fā),構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系以全面衡量算法的去霧性能。實(shí)驗(yàn)證明兩

6、種方法均能有效地評(píng)價(jià)各去霧算法的復(fù)原效果,且評(píng)估結(jié)果與人眼主觀感受相一致。所提評(píng)價(jià)方法分別從計(jì)算能見(jiàn)度、構(gòu)建模擬霧環(huán)境和人類(lèi)視覺(jué)感知三方面考慮,與已有評(píng)價(jià)方法相比,在獲得全方面評(píng)估結(jié)論的同時(shí),具有較好的實(shí)用性和可靠性。
　　在分析總結(jié)交通場(chǎng)景圖像相關(guān)特征的基礎(chǔ)上,依據(jù)這些特征提出了一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)交通場(chǎng)景的去霧算法。該算法引入能見(jiàn)度的思想,采用對(duì)圖像近處區(qū)域弱增強(qiáng),對(duì)駕駛員所感興趣的遠(yuǎn)處區(qū)域重點(diǎn)增強(qiáng)的方式,以區(qū)別于已有去霧方法對(duì)整幅圖