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，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，其用于求取当前帧图像的粗距离参数以及根据所述粗距离参数将所述当前帧图像归类为变化帧或者不变帧； 变化巾贞精参数求取单元，其用于求取所述变化巾贞的精距离参数； 不变帧精参数求取单元，其用于求取所述不变帧的精距离参数； 图像除雾单元，其利用由所述变化帧精参数单元求出的精距离参数对所述变化帧进行除雾处理，以及利用由所述不变帧参数求取单元求出的精距离参数对所述不变帧进行除雾处理； 其中，所述变化帧精参数求取单元将所述变化帧分割为粗距离参数不变区域和粗距离参数变化区域，以及根据前一帧图像的精距离参数求取所述粗距离参数不变区域的精距离参数，而根据前一帧图像的精距离参数和/或所述粗参数变化区域的粗距离参数求取所述粗距离参数变化区域的精距离参数； 其中，所述不变帧精参数求取单元根据所述前一帧图像的精距离参数求取所述不变帧的精距离参数。
2.根据权利要求1所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述预处理单元借助于一个运算窗口根据由所述运算窗口覆盖的所有像素的像素值计算位于所述运算窗口中心的像素的粗距离参数。
3.根据权利要求1或2所述的图像除雾装置，其特征在于，所述图像除雾装置还包括: 粗参数存储单元，其用于存储由所述预处理单元求出的粗距离参数。
4.根据权利要求1至3中任一项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: 精参数存储单元，其用于存储由所述变化巾贞精参数求取单元和所述不变巾贞精参数求取单元求出的精距离参数。
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， 所述预处理单元在所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相比发生变化的情况下将所述当前帧图像归类为所述变化帧，以及在所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相比未发生变化的情况下将所述当前帧图像归类为所述不变帧。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元通过所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相减将所述变化帧分割为粗距离参数不变区域和粗距离参数变化区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元使所述粗距离参数不变区域的各像素的精距离参数等于所述前一帧图像的相应像素的精距离参数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化巾贞精参数求取单元通过所述粗参数变化区域的粗距离参数的精细化来求取所述粗距离参数变化区域的精距离参数。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元将所述粗参数变化区域分割为像素变化区域和像素不变区域； 所述变化帧精参数求取单元根据所述粗参数变化区域的粗距离参数求取所述像素变化区域的精距离参数，而根据所述前一帧图像的精距离参数求取所述像素不变区域的精距离参数。
10.根据权利要求9所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元判断所述像素变化区域是否是连通的图像区域； 如果所述像素变化区域是连通的图像区域，则所述变化帧精参数求取单元将所述像素变化区域分割为第一图像区域和第二图像区域以及使所述像素变化区域的各像素的精距离参数等于其粗距离参数并且对所述第二区域的边缘进行修正，其中，在所述第一图像区域中所述当前帧图像的粗距离参数不小于所述前一帧图像的相应粗距离参数，在所述第二图像区域中所述当前帧图像的粗距离参数小于所述前一帧图像的相应粗距离参数； 如果所述像素变化区域不是连通的图像区域，则所述变化帧精参数求取单元使所述像素变化区域的各像素的精距离参数等于其粗距离参数。
11.根据权利要求10所述的图像除 雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元通过以下方式对所述第二区域的边缘进行修正:借助所述运算窗口以所述第二区域的边缘上的每个像素为中心计算由所述运算窗口覆盖的所有像素的粗距离参数的最小值，然后使由所述运算窗口覆盖的所有像素的精距离参数等于所述最小值。
12.根据权利要求9所述的图像除雾装置，其特征在于， 所述变化帧精参数求取单元使所述像素不变区域的各像素的精距离参数等于所述前一帧图像的相应像素的精距离参数。
13.一种图像除雾方法，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: 求取当前帧图像的粗距离参数以及根据所述粗距离参数将所述当前帧图像归类为变化中贞或者不变巾贞; 求取所述变化帧的精距离参数； 求取所述不变帧的精距离参数； 利用所述变化帧的精距离参数对所述变化帧进行除雾处理，以及利用所述不变帧的精距离参数对所述不变帧进行除雾处理； 其中，将所述变化帧分割为粗距离参数不变区域和粗距离参数变化区域，根据前一帧图像的精距离参数求取所述粗距离参数不变区域的精距离参数，而根据前一帧图像的精距离参数和/或所述粗参数变化区域的粗距离参数求取所述粗距离参数变化区域的精距离参数， 其中，根据所述前一帧图像的精距离参数求取所述不变帧的精距离参数。
14.根据权利要求13所述的图像除雾方法，其特征在于， 借助于一个运算窗口根据由所述运算窗口覆盖的所有像素的像素值计算位于所述运算窗口中心的像素的粗距离参数。
15.根据权利要求13或14所述的图像除雾方法，其特征在于， 在所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相比发生变化的情况下将所述当前帧图像归类为所述变化帧， 在所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相比未发生变化的情况下将所述当前帧图像归类为所述不变帧。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于，通过所述当前帧图像的粗距离参数与所述前一帧图像的粗距离参数相减将所述变化帧分割为粗距离参数不变区域和粗距离参数变化区域。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的图像除雾方法，其特征在于，使所述粗距离参数不变区域的各像素的精距离参数等于所述前一帧图像的相应像素的精距离参数。
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，通过所述粗参数变化区域的粗距离参数的精细化来求取所述粗距离参数变化区域的精距离参数。
19.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，将所述粗参数变化区域分割为像素变化区域和像素不变区域；根据所述粗参数变化区域的粗距离参数求取所述像素变化区域的精距 离参数，而根据所述前一帧图像的精距离参数求取所述像素不变区域的精距离参数。
20.根据权利要求19所述的图像除雾方法，其特征在于， 判断所述像素变化区域是否是连通的图像区域； 如果所述像素变化区域是连通的图像区域，则将所述像素变化区域分割为第一图像区域和第二图像区域以及使所述像素变化区域的各像素的精距离参数等于其粗距离参数并且对所述第二区域的边缘进行修正，其中，在所述第一图像区域中所述当前帧图像的粗距离参数不小于所述前一帧图像的相应粗距离参数，在所述第二图像区域中所述当前帧图像的粗距离参数小于所述前一帧图像的相应粗距离参数； 如果所述像素变化区域不是连通的图像区域，则使所述像素变化区域的各像素的精距离参数等于其粗距离参数。
21.根据权利要求20所述的图像除雾方法，其特征在于， 通过以下方式对所述第二区域的边缘进行修正:借助所述运算窗口以所述第二区域的边缘上的每个像素为中心计算由所述运算窗口覆盖的所有像素的粗距离参数的最小值，然后使由所述运算窗口覆盖的所有像素的精距离参数等于所述最小值。
22.根据权利要求19所述的图像除雾方法，其特征在于， 使所述像素不变区域的各像素的精距离参数等于所述前一帧图像的相应像素的精距离参数。
23.一种图像处理系统，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12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，其用于求取当前帧图像的粗距离参数以及根据所述粗距离参数将所述当前帧图像归类为变化帧或者不变帧；变化帧精参数求取单元，其用于求取所述变化帧的精距离参数；不变帧精参数求取单元，其用于求取所述不变帧的精距离参数；图像除雾单元，其利用由所述变化帧精参数单元求出的精距离参数对所述变化帧进行除雾处理，以及利用由所述不变帧参数求取单元求出的精距离参数对所述不变帧进行除雾处理。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G06T5/00GK103226809SQ20121002141
公开日2013年7月31日 申请日期2012年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者三好雅则, 伊藤诚也, 李媛, 王瑾娟 申请人:株式会社日立制作所