专利名称：图像除雾装置和图像除雾方法
技术领域：
本发明涉及一种图像除雾装置、一种图像除雾方法以及一种图像处理系统。
背景技术：
中国地理环境复杂，天气多样，雾天在大多数地区经常可见，而且个别地区还会受到沙尘天气的影响。雾与沙尘天气降低了户外视频图像的能见度。另外，在大型城市中，由于空气质量的问题，户外视频图像的能见度也会降低。能见度的降低对于视频图像的质量产生较大影响。特别是对于安防监控领域，影响更加明显。雾化图像清晰化是图像处理领域中的迫切的实用需求。同时最近几年基于单帧图像的除雾技术的突破使得雾化图像除雾处理成为计算机视觉领域越来越重要的研究方向。目前，雾化图像清晰化方法主要有两个方向:基于一般图像增强方法的除雾算法和基于大气模型的除雾算法。属于基于一般图像增强方法的除雾算法的有直方图均值、空间锐化滤波、高频加强滤波、小波增强、Retinex增强滤波等等。这些算法以增强图像的对比度和能见度为出发点并且与除雾没有直接关系，对于由低照明等原因引起的视频图像能见度降低等问题也可以进行处理。在2002年，由NARASIMAHAN等人在论文“Vision and theAtmosphere”中首次提出了基于大气模型的除雾清晰化方法。这类方法在最近几年取得技术突破，主要是由Fattal, Kaiming He等人提出了一些新的算法,在仅仅单巾贞图像的情况下，除雾效果远远优于一般图像增强的除雾方法。大气物理模型描述了当大气中具有悬浮颗粒时摄像装置拍摄或人眼观察物体的光学原理。大气模型的公式为:I(X) = J(X) t (X)+A (1-t (X))(I)其中，I (X)代表摄像装置拍摄到的雾化图像或者人眼观察到的雾化图像，X = (X，y)为图像像素坐标。J(X)为物体反射光图像，表示没有雾的图像，或者可以说是除雾处理的结果图像。A为图像中天空的一点(以下也称作“天空点”)的RGB值，以下也称作天空点参数。如果当前输入图像中没有天空存在，则将图像中雾浓度最强的点视作天空点。t(X)定义了空气介质的传输函数，描述了物体反射光经过空中悬浮颗粒的散射以后残留下来而达摄像装置的比例。t(X)是一个大于O且小于I的标量数据，图像中每个像素具有一个t (X)。I⑴、J (X)与A均为图像RGB的矢量数据。以下参照
图1说明式(I)。图1是大气模型公式的示意图。图1左侧的图像是人眼或摄像装置观察到的图像I(X)。图像I (X)由两部分组成，其中，第一部分为物体反射光J(X)经过空中悬浮颗粒散射以后存留下来的部分J(X)t(X)，第二部分为空中悬浮颗粒散射太阳光所造成的大气环境光A(l-t(X))。式(I)中的t(X)是被摄物体与摄像装置(人眼)之间距离(即物距)的函数，具体表示为
t(X) = e_0d(x)(2)其中，cKX)是图像中一物体点与摄像装置(人眼)之间的距离，因此t(X)也称作“距离参数”。β是大气散射系数，是常数。
由式(I)与式(2)可以看出物体反射光到达摄像装置的强度J(X)t(X)和物体与摄像装置之间的距离d(x)成反比，距离越远，则光线衰减越厉害；大气环境光到达摄像装置的强度A(l-t(x))与距离d(X)成正比，距离越远，光线越强，所以在无穷远处呈现出白色。最近几年，基于大气模型公式(I)的除雾算法取得突破，这些算法仅需单帧图像作为输入图像就能取得不错的除雾效果。在表I中列举了一些相关算法。表I基于大气模型的除雾算法
权利要求
1.一种图像除雾装置，所述图像除雾装置用于对输入图像进行除雾处理，所述图像除雾装置包括: 预处理单元，其用于将所述输入图像归类为核心帧或者普通帧，所述输入图像的各像素具有取决于物距的距离参数； 核心帧参数求取单元，其用于求取所述核心帧的各像素的距离参数以及所述核心帧的背景图像的各像素的距离参数； 普通帧参数求取单元，其用于求取所述普通帧的各像素的距离参数； 图像除雾单元，其利用由所述核心帧参数单元求出的距离参数对所述核心帧进行除雾处理，以及利用由所述普通帧参数求取单元得到的距离参数对所述普通帧进行除雾处理，其中，所述普通帧参数求取单元将所述普通帧分割为背景部分和前景部分，使所述背景部分的每个像素的距离参数等于前一核心帧的背景图像的相应像素的距离参数，使所述前景部分的每个像素的距离参数等于所述前景部分与所述背景部分的边界上的像素的距离参数的特征值。
2.根据权利要求1所述的图像除雾装置，其特征在于，所述图像除雾装置还包括: 核心帧参数存储单元，其用于存储所述核心帧的背景图像的各像素的距离参数。
3.根据权利要求1或2所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述预处理单元在连续的图像序列中以固定的间隔选择所述核心帧。
4.根据权利要求1或2所述的图像除雾装置，其特征在于，通过所述普通帧的图像与所述普通帧的背景图像相减得到所述普通帧的前景部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述普通帧参数求取单元选择背景部分边界作为所述边界，其中，所述背景部分边界位于所述背景部分上并且与所述前景部分相邻； 所述普通帧参数求取单元求取所述背景部分边界的所有像素的距离参数的最大值，并将所述最大值作为所述特征值。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述普通帧参数求取单元选择前景部分边界作为所述边界，其中，所述前景部分边界位于所述前景部分上并且与所述背景部分相邻； 所述普通帧参数求取单元求取所述前景部分边界的所有像素的距离参数的最大值或者平均值或者中值，并将所述最大值或者所述平均值或者所述中值作为所述特征值。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述普通帧参数求取单元判断所述前景部分的平均物距和所述背景部分的平均物距的差别是否小于一个预给定的阈值: 所述普通帧参数求取单元在所述差别小于所述阈值的情况下选择背景部分边界作为所述边界，其中，所述背景部分边界位于所述背景部分上并且与所述前景部分相邻；所述普通帧参数求取单元还求取所述背景部分边界的所有像素的距离参数的最大值，并将所述最大值作为所述特征值； 所述普通帧参数求取单 元在所述差别不小于所述阈值的情况下选择前景部分边界作为所述边界，其中，所述前景部分边界位于所述前景部分上并且与所述背景部分相邻；所述普通帧参数求取单元求取所述前景部分边界的所有像素的距离参数的最大值或者平均值或者中值，并将所述最大值或者所述平均值或者所述中值作为所述特征值。
8.根据权利要求7所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述普通帧参数求取单元计算所述前景部分的各个像素的粗略距离参数并且计算所有粗略距离参数的平均值作为所述前景部分的平均物距； 所述普通帧参数求取单元计算所述背景部分或者所述背景与所述前景部分相邻的子区域的各个像素的粗略距离参数并且计算所有粗略距离参数的平均值作为所述背景部分的平均物距。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述核心巾贞参数求取单元还求取所述核心巾贞的天空点参数，并且所述普通巾贞参数求取单元使所述普通巾贞的天空点参数等于由所述核心巾贞参数求取单元求取的所述核心巾贞的天空点参数。
10.一种图像除雾方法，所述图像除雾方法对输入图像进行除雾处理，所述图像除雾方法包括以下方法步骤: 将所述输入图像归类为核心帧或者普通帧，所述输入图像的各像素具有取决于物距的距离参数； 求取所述核心帧的各像素的距离参数以及求取所述核心帧的背景图像的各个像素的距离参数； 求取所述普通帧的各像 素的距离参数，其中，将所述普通帧分割为背景部分和前景部分，使所述背景部分的每个像素的距离参数等于前一核心帧的背景图像的相应像素的距离参数以及使所述前景部分的每个像素的距离参数等于所述前景部分与所述背景部分的边界上的像素的距离参数的特征值； 利用由所述核心帧参数单元求出的距离参数对所述核心帧进行除雾处理，以及利用由所述普通帧参数求取单元得到的距离参数对所述普通帧进行除雾处理。
11.根据权利要求10所述的图像除雾方法，其特征在于，所述图像除雾方法还包括以下步骤: 存储所述核心帧的背景图像的各像素的距离参数。
12.根据权利要求10或11所述的图像除雾方法，其特征在于， 在连续的图像序列中以固定的间隔选择所述核心帧。
13.根据权利要求10或11所述的图像除雾方法，其特征在于，通过所述普通帧的图像与所述普通帧的背景图像相减得到所述普通帧的前景部分。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于， 选择背景部分边界作为所述边界，其中，所述背景部分边界位于所述背景部分上并且与所述前景部分相邻； 求取所述背景部分边界的所有像素的距离参数的最大值，并将所述最大值作为所述特征值。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于， 选择前景部分边界作为所述边界，其中，所述前景部分边界位于所述前景部分上并且与所述背景部分相邻； 求取所述前景部分边界的所有像素的距离参数的最大值或者平均值或者中值，并将所述最大值或者所述平均值或者所述中值作为所述特征值。
16.根据权利要求10至13中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于， 判断所述前景部分的平均物距和所述背景部分的平均物距的差别是否小于一个预给定的阈值: 在所述差别小于所述阈值的情况下，选择背景部分边界作为所述边界，其中，所述背景部分边界位于所述背景部分上并且与所述前景部分相邻； 求取所述背景部分边界的所有像素的距离参数的最大值，并将所述最大值作为所述特征值； 在所述差别不小于所述阈值的情况下，选择前景部分边界作为所述边界，其中，所述前景部分边界位于所述前景部分上并且与所述背景部分相邻； 求取所述前景部分边界的所有像素的距离参数的最大值或者平均值或者中值，并将所述最大值或者所述平均值或者所述中值作为所述特征值。
17.根据权利要求16所述的图像除雾方法，其特征在于， 计算所述前景部分的各个像素的粗略距离参数并且计算所有粗略距离参数的平均值作为所述前景部分的平均物距； 计算所述背景部分或者所述背景与所述前景部分相邻的子区域的各个像素的粗略距离参数并且计算所有粗略距离参数的平均值作为所述背景部分的平均物距。
18.根 据权利要求10至17中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于，所述图像除雾方法还包括以下步骤: 求取所述核心巾贞的天空点参数； 使所述普通巾贞的天空点参数等于所述核心巾贞的天空点参数。
19.一种图像处理系统，所述图像处理系统包括摄像装置、输出单元和根据权利要求1至9中任一项所述的图像除雾装置。
全文摘要
本发明涉及一种图像除雾装置，包括预处理单元，其用于将输入图像归类为核心帧或普通帧，输入图像的各像素具有取决于物距的距离参数；核心帧参数求取单元，其用于求取核心帧的各像素的距离参数以及核心帧的背景图像的各个像素距离参数；普通帧参数求取单元，其用于求取普通帧的各像素的距离参数；图像除雾单元，其利用由核心帧参数单元求出的距离参数对核心帧进行除雾处理，以及利用由普通帧参数求取单元得到的距离参数对普通帧进行除雾处理，其中，普通帧参数求取单元将普通帧分割为背景部分和前景部分。本发明还涉及一种相应的图像除雾方法和一种图像处理系统。
文档编号G06T7/20GK103186887SQ20111045659
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者沙浩, 三好雅则, 伊藤诚也, 李媛 申请人:株式会社日立制作所