专利名称：雾霾图像暗通道快速计算方法
技术领域：
本发明涉及一种雾霾图像暗通道快速计算方法。
背景技术：
在计算机视觉领域，对有雾场景下图像的清晰化处理是一个重要的问题，它对于后续的操作(如目视解译以及计算机视觉分析)来说至关重要。在可见光成像范围内，由于受到大气中雾、尘埃等微粒的影响，随着传输距离的增加，物体反射后到达相机感光片的光线很微弱，使得成像模糊不清，尤其是在大雾天气下，能见度很低，大雾天气下拍摄的图像雾霾情况更加严重。因此，需要通过去雾手段恢复出成像微弱的细节部分，图像去雾技术对平安城市的建设尤其重要，具有重大的现实意义:图像去雾技术可适用于有雾场景下对非法车辆的跟踪和识别，对大雾天气下违法分子的监控，以及对可能存在交通隐患的交通路段的监视。目前，在计算机视觉领域，对雾霾图像的雾天清晰化处理方法大致分为两种:一种是通过提高对比度的增强方法，一种是基于物理模型的图像复原方法。由于通过提高对比度的增强方法是一种相对手段，尽管提高了图像清晰度，也增加了图像细节，但是可能带来的负面影响是:丢失图像部分细节、颜色失真等。如基于视网膜大脑皮层理论算法(Retinex算法)，最根本的问题是不能去除图像中雾的成分；而基于物理模型的图像复原技术从雾的产生机理出发去除图像中的雾霾影响，得到的图像具有无雾场景的真实感，如暗通道先验去雾技术，它是一种简单实用的去雾方法，不但适用于雾天场景，而且也能应用于无雾天气下而不改变景深、颜色、细节等场景信息。对于图像的很多非天空场景区域，在某些像素点上至少存在一种彩色通道具有非常低的亮度，接近黑色的带点。这个黑点主要来源于三方面:物体的阴影、黑色物体及表面、颜色鲜艳的物体。换句话说，这些区域的最小亮度应该有非常低的值。形式上，对于一幅图片J，定乂:`严W= min(min (Jc(V)))
ce{r,g,b} yeil(x)■其中，Γ是图像J的一个彩色通道(即RGB三颜色的一种)，Ω (X)是中心在X处的一个局部图像模块。观察到对于一幅没有雾霾的户外景物图像，除了天空区域，JdaA的亮度非常小，经常趋于零。因此，称Jdart为图像J的暗通道(dark channel)。暗通道的低亮度主要是由于以下三个方面造成的:(I)阴影:例如，都市风景图像中的汽车、建筑物、窗户等的阴影，或者山水风景图像中岩石、树及树叶的阴影。(2)物体或各种表面的色彩:例如，许多物体(例如绿色的草、树及各种植物，红色或黄色的花及树叶，蓝色的海水表面等)由于只有单一的一种颜色，缺少RGB三通道颜色的其它颜色，将导致暗通道的低亮度。(3)暗的物体或表面:例如，颜色比较暗的树干和石头，由于户外自然景物图像充满了阴影和各种色彩，因此这些图像的暗通道亮度较低。但在有雾的场景中，这些原本是黑色的点不再“偏黑”，因此可以用来估计雾气的浓度，进一步计算场景景深信息。暗通道的计算是图像去雾技术的关键步骤。何恺明等人提出暗通道先验模型后，大部分计算暗通道的方法都是通过传统的利用设置固定的方形模板大小来计算的。特别的，安科智慧城市技术有限公司提出了一种自适应获取每个像素点对应的模板窗口的方法，根据最小方差对应的模板窗口获取对应像素点的暗通道值。但是这种方法需要事先计算每个预先设置窗口对应的方差，然后选取最优的窗口，这大大增加了多余计算量和计算复杂度。由于在传统计算暗通道时，图像上每个像素点的方形邻域都需要计算一遍最小值，花费了比较长的时间，并且存在重复计算。如，利用传统方形模板计算15大小的暗通道，则需要使用的大小为15*15，计算面积为225。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于十字形模板的雾霾图像暗通道快速计算方法，利用十字形模块，采用先按横向后按纵向(或者先按纵向后按横向)的方法求暗通道，代替传统一次性求得模板内的最小值的方法，可有效减少计算面积和计算量，避免重复计算，节约计算时间，实现暗通道的快速计算。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:雾霾图像暗通道快速计算方法，它包括以下步骤:S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口组成，横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口分别由M个、N个暗通道窗口组成，每个窗口对应于一个暗通道像素点；S2:首先计算任意一个方向的暗通道值，计算过程为:S21:在所选取方向上的暗通道模板窗口中，选择一个暗通道窗口 i为中心窗口或中心像素点；S22:计算该方向上所有I M个暗通道窗口位置的像素值，将其中的最小值作为该暗通道窗口 i的像素值；S23:以一个像素为步长,移动该方向的暗通道窗口，像素点位置变成为2 M+1 ;S24:由于移动后的M个数与移动前的M个数有关系，即少了位置I的数，增加了位置M+1的数，对比位置1、位置M+1以及上一次即步骤S22求得的最小像素值的大小关系，SP可确定移动后的暗通道中心窗口即位置i+Ι的像素值，其具体方法是:(I)如果移动后产生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值还小，则直接将该值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ；(2)如果上一次求得的最小值与位置I上的值相等，则重新计算最小值；(3)如果上一次求得的最小值与位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，则继续把上一次的最小值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ;S25:重复步骤S23 S24，计算该方向上所有暗通道窗口的像素值；S3:按照与步骤S21 S25同样的方法，计算另一个方向上的所有I N个暗通道窗口的像素值；
S4:比较横向暗通道窗口与纵向暗通道窗口的值，将两者中的最小值赋给图像暗通道。
本发明的有益效果是:
I)采用十字形模板代替传统方形模板，以15大小的模板为例，传统模板所使用的大小为(15*15)，而改进后模板减小为(15+15-1 )，计算面积大小从225减少到29，有效减少了暗通道计算的计算面积和计算量；
2)采用十字形模板，采用先按横向后按纵向(或者先按纵向后按横向)的方法求暗通道，代替传统一次性求得模板内的最小值的方法，可有效避免重复计算，节约了计算时间，实现了暗通道的快速计算；
3)暗通道窗口移动一个像素的步长，分别将原暗通道窗口中的第一个像素点、移位后暗通道窗口中的移位新增像素点的值与原暗通道窗口所有像素点中的最小值进行比较，只需比较三者的大小关系即可确定移位后的暗通道窗口的最小值，减少了比较和计算的次数和时间。
图1为本发明暗通道快速计算方法流程图2为计算指定方向上所有暗通道窗口像素值的方法流程图3为本发明暗通道模板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，雾霾图像暗通道快速计算方法，它包括以下步骤:
S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口组成，横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口分别由M个、N个暗通道窗口组成，每个窗口对应于一个暗通道像素点；
S2:首先计算任意一个方向的暗通道值，如图2所示，其计算过程为:
S21:在所选取方向上的暗通道模板窗口中，选择一个暗通道窗口 i为中心窗口或中心像素点；
S22:计算该方向上所有I M个暗通道窗口位置的像素值，将其中的最小值作为该暗通道窗口 i的像素值；
S23:以一个像素为步长,移动该方向的暗通道窗口，像素点位置变成为2 M+1 ;
S24:由于移动后的M个数与移动前的M个数有关系，即少了位置I的数，增加了位置M+1的数，对比位置1、位置M+1以及上一次即步骤S22求得的最小像素值的大小关系，SP可确定移动后的暗通道中心窗口即位置i+1的像素值，其具体方法是:
(I)如果移动后产生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值还小，则直接将该值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+1 ；
(2)如果上一次求得的最小值与位置I上的值相等，则重新计算最小值；
(3)如果上一次求得的最小值与位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，则继续把上一次的最小值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+1 ;
S25:重复步骤S23 S24，计算该方向上所有暗通道窗口的像素值；
S3:按照与步骤S21 S25同样的方法，计算另一个方向上的所有I N个暗通道窗口的像素值；
S4:比较横向暗通道窗口与纵向暗通道窗口的值，将两者中的最小值赋给图像暗通道。
如图3所示，对于15大小的暗通道模板，雾霾图像暗通道快速计算方法包括以下步骤:
S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由横向15个暗通道窗口和纵向15个暗通道窗口组成，每个窗口对应于一个暗通道像素点；
S2:首先计算横向暗通道窗口的暗通道值，计算过程为；
S21:在横向暗通道模板窗口中，选择位置8为中心窗口即中心像素点；
S22:计算横向暗通道模板窗口中所有I 15个暗通道窗口位置的像素值，将其中的最小值作为中心窗口位置8的像素值；
S23:以一个像素为步长,移动横向暗通道窗口，像素点位置变成为2 16 ;
S24:由于移动后的M个数与移动前的M个数有关系，即少了位置I的数，增加了位置16的数，对比位置1、位置16以及上一次即步骤S22求得的最小像素值的大小关系，即可确定移动后的暗通道中心窗口即位置9的像素值，其具体方法是:
(I)如果移动后产生的位置16上的值比上一次求得的最小值还小，则直接将该值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置9 ;
(2)如果上一次求得的最小值与位置I上的值相等，则重新计算最小值；
(3)如果上一次求得的最小值与位置I上的值不相等，且位置16上的像素值大于上一次求得的最小值，则继续把上一次的最小值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置9 ；
计算横向暗通道窗口中所有15个位置上的像素，求出所有像素点中的最小值，将该最小值作为横向暗通道窗口中心像素点(位置8)上的值；
S25:重复步骤S23 S24，计算横向暗通道窗口上所有窗口的像素值；
S3:按照与步骤S21 S25同样的方法，计算纵向暗通道模板窗口中所有I 15个暗通道窗口位置的像素值；
S4:比较横向暗通道窗口与纵向暗通道窗口的值，将两者中的最小值赋给图像暗通道。
权利要求
1.雾霾图像暗通道快速计算方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1:建立十字形暗通道模板，所述的十字形暗通道模板由横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口组成，横向暗通道窗口和纵向暗通道窗口分别由M个、N个暗通道窗口组成，每个窗口对应于一个暗通道像素点； 52:首先计算任意一个方向的暗通道值，计算过程为: 521:在所选取方向上的暗通道模板窗口中,选择一个暗通道窗口 i为中心窗口或中心像素点； 522:计算该方向上所有I M个暗通道窗口位置的像素值，将其中的最小值作为该暗通道窗口 i的像素值； 523:以一个像素为步长,移动该方向的暗通道窗口，像素点位置变成为2 M+1 ; 524:由于移动后的M个数与移动前的M个数有关系，即少了位置I的数，增加了位置M+1的数，对比位置1、位置M+1以及上一次即步骤S22求得的最小像素值的大小关系，即可确定移动后的暗通道中心窗口即位置i+Ι的像素值，其具体方法是: (1)如果移动后产生的位置M+1上的值比上一次求得的最小值还小，则直接将该值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+Ι ； (2)如果上一次求得的最小值与位置I上的值相等，则重新计算最小值； (3)如果上一次求得的最小值与位置I上的值不相等，且位置M+1上的像素值大于上一次求得的最小值，则继续把上一次的最小值赋值给移动后的暗通道中心窗口即位置i+1 ; 525:重复步骤S23 S24，计算该方向上所有暗通道窗口的像素值； 53:按照与步骤S21 S25同样的方法，计算另一个方向上的所有I N个暗通道窗口的像素值； 54:比较横向暗通道窗口与纵向暗通道窗口的值，将两者中的最小值赋给图像暗通道。
全文摘要
本发明公开了一种雾霾图像暗通道快速计算方法，包括以下步骤S1建立十字形暗通道模板；S2首先计算任意一个方向上所有1～M暗通道窗口的像素值；S3计算另一个方向上的所有1～N个暗通道窗口的像素值；S4比较横向暗通道窗口与纵向暗通道窗口的值，将两者中的最小值赋给图像暗通道。本发明采用十字形模板，以15大小的模板为例，计算面积从225减少到29，有效减少了计算面积和计算量；同时，可有效避免重复计算，节约计算时间；只需比较原第一个像素点、移位新增像素点的值与原最小值即可确定移位后的最小值，减少了比较和计算的次数和时间。
文档编号G06T5/00GK103198458SQ20131012341
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者刘军, 肖然, 何琦, 宋博 申请人:成都国腾电子技术股份有限公司