一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，结合雾天气下红外图像大气退化与补偿建模，简单且快速地实现红外图像去雾霾，有效提高红外图像对比度。本发明包括如下步骤：（1）利用根据场景点自身发射的辐射能、以及路径辐射能推导构建红外成像的退化及其补偿模型；（2）估计路径辐射最大值，并实现大气平均透过率T的计算；（3）确定辐射定标，实现去雾霾补偿与校正。本发明只需要单幅红外雾霾退化图像，结合经验公式，可迅速地计算实现红外图像去雾霾。
【专利说明】一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法。
【背景技术】
[0002]红外成像是当前研究的前沿课题之一，如何总结红外辐射在各种不同气象条件下大气传输的成像机制，由此反演重建较为清晰的红外图象显得尤为重要。这种红外高质量成像思路对于恶劣天气下的交通导航与安防、安全检测，以及在公共场所对某些病毒疾病(如SARS(非典型肺炎))的准确快速预警等领域将产生深远的影响。雾霾之下，红外成像等现有技术有助于摄像头“看穿” 一定浓度的雾或烟尘，这在很大程度上保障了人们的安全，但是，日益严重的雾霾，红外热成技术也会逐渐“有心无力”。由于大气中水汽、固体颗粒含量高，在雾天拍摄的红外图像常存在很强的噪声、模糊及较多细节丢失的退化问题，这给红外成像带来了很大的挑战，也给进一步的准确识别、跟踪等许多方面的应用造成了困难。
[0003]近年来,红外图像去雾霾研究开展得有声有色。其中，可用pcmodwin等计算软件可以计算大气吸收、大气发射、大气散射、大气透过率以及路径辐射等大气物理参数，并且可以利用这些参数，对退化的红外图像进行大气校正处理。2008年，《雾天气下红外图像清晰处理研究》一文中，针对红外图像中的雾现象，展开了深入的研究，提出了利用两幅同一场景含有不同程度雾气的红外图像进行去雾校正。其主要考虑了大气吸收及其自身发射影响，建立起改进的雾天气条件下的红外辐射大气衰减模型和路径辐射模型，并基于两幅同一场景在不同时刻所拍摄的雾天气条件下的退化红外图像来恢复红外场景的对比度，恢复效果优于利用软件计算的图像处理结果。
[0004]首先，去雾霾研究的兴起并不久，并且在现有技术中，大部分的去雾处理针对可见光图像，因为一般认为红外波段可以透过雾霾成像，但是对于严重的雾霾现象，红外成像后也存在对比度很低的问题，研究者针对红外图像的研究还不够深入；其次，如《雾天气下红外图像清晰处理研究》一文，其主要利用两幅前后不同时间点的红外图像进行分析处理，容易受到环境左右，这也影响了后续的应用。因此，如何建立更迅捷的红外图像去雾霾方法，尤其是单幅红外图像方法是目前图像处理界的难题之一。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提供一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，一方面构建雾天气下红外图像大气退化模型，另一方面设计与退化相对应的补偿手段，使得红外图像去雾霾效率高、效果佳。
[0006]为解决上述问题，本发明提出一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，包括:构建红外图像大气退化模型；相关参数的计算；设计红外图像去雾霾补偿方法，最终实现红外图像清晰化。
[0007]1、红外图像大气退化模型。[0008]在雾天气下，红外成像传感器收到的红外辐射能体现在图像上的，红外成像传感器收到的红外辐射能Esmsm包括场景点自身发射的辐射能Eradiatim和路径辐射能Epath,可表示为下式:
[0009]Esensor = Eradiation+Epath
[0010]这是由于成像种主要考虑场景点辐射能量在穿过大气介质的衰减以及所受路径辐射的影响。
[0011](I)场景点自身发射的辐射能Eradiatim
[0012]由于大气的存在，在雾天气条件下，红外辐射穿过大气介质时随着传播距离的增大衰减程度增大。根据衰减规律，本发明得出积分结果:
[0013]
【权利要求】
1.一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:建立红外图像去雾霾补偿模型； 在雾天气下，红外成像传感器收到的红外辐射能体现在图像上的，红外成像传感器收到的红外辐射能Esmsm包括场景点自身发射的辐射能Eradiatim和路径辐射能Epath,可表示为下式:
2.根据权利要求1所述的一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，其特征在于，步骤(1)中所述的求取参数即获取大气平均透过率T与路径辐射最大值L00的方法如下: (1)计算大气平均透过率T 大气红外平均透过率T跟景物深度d以及能见度V有如下的关系:T = ^d ;其跟能见度V成反比，跟景物深度d成正比，T e (O, 1)； (2)路径辐射最大值L^ ；利用Modtran大气传输软件辅助计算，根据红外雾霾图f、景物深度d和能见度条件V，输入Modtran软件，输出太阳天顶角为某个角度Θ时的辐射，定义为路径辐射最大值Loot5
3.如权利要求1所述的一种利用大气传输特征的红外图像去雾霾方法，其特征在于，步骤二中所述的辐射与灰度的定标方法如下: 采用辐射值与图像的对比实现，包括以下步骤: (1)获得路径辐射最大值L00； (2)针对红外雾霾图f，选取图像亮度最大的N个点，按照亮度从高到低排列像素，去掉最大值点与最小值点，剩余像素的平均值作为亮度最大值AO ； (3)将路径辐射最大值L00与AO作为定标基准，确定辐射与亮度的关系；于是，可以将f映射到辐射空间，Esensor即为f映射到辐射空间的图。
【文档编号】G06T5/00GK103971337SQ201410177343
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】赵巨峰, 高秀敏 申请人:杭州电子科技大学