一种天空光估计方法与系统及其图像去雾方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像处理与分析技术领域，更具体地，涉及一种天空光估计方法与系 统及其图像去雾方法。
【背景技术】
[0002] 雾天时，采集到的图像中景物的对比度以及颜色会有一定程度的衰减，图像中蕴 含的许多特征会变得模糊，图像中的一些细节无法辨识，图像视觉效果和数据质量下降。因 此雾天条件下，研宄图像处理技术去除雾的影响，增加图像的对比度和清晰度，使得计算机 视觉系统能够在恶劣天气下也能可靠、稳定的工作，对于当下雾霾天气频发，无疑具有十分 重要的理论和实际应用价值。
[0003] 对于根据大气散射模型以及暗原色先验理论的去雾研宄，将Y通道图中亮度最大 值作为天空光的估计，但是图像中亮度最大的点往往是白色的建筑物或者白色的汽车，其 深度并非处于无穷远处，这样势必造成天空光的求取错误。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出一种基于天空光估计方法及其 图像去雾方法，利用暗原色通道图找出候选天空区域，再对候选区域进行图像腐蚀处理，将 最大候选区域视为天空区域，从而达到天空域的自动提取，在Y通道亮度图上将天空域的 亮度最大值作为天空光的度量。针对大量图片的测试结果，证明本发明方法对于存在天空 区域的图像能够准确地自动提取天空域，从而得到精确的天空光，进而恢复出更为清晰的 图像。
[0005] 为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种天空光估计方法，包括如 下步骤：
[0006] (1)选取暗通道图像中亮度前X%区域作为候选天空域，其中X为预设值；
[0007] (2)对暗通道图像进行二值化处理，将上述选取的候选天空域置1，非候选天空域 置0,形成二值图像；
[0008] (3)对二值图像的候选天空域进行腐蚀处理，以便滤掉面积较小的白色亮物体，其 中腐蚀处理的模板为w*w，w为预设的模板大小值；
[0009] (4)对腐蚀处理后的二值图像进行连通域处理，形成多个连通区域，所述连通域处 理是指将具有相同像素值的相邻像素点连成一个连通区域；
[0010] (5)计算各个连通区域的面积，选取面积最大的连通区域作为估计的天空域，所述 面积为连通区域里像素点的个数；
[0011] (6)在Y通道含雾图像上，利用上述估计的天空域的位置信息，找出Y通道含雾图 像上与上述估计的天空域相同位置区域里的最大灰度值，将该最大灰度值作为天空光的估 计值。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（1)中X的取值范围为：10〈X〈30。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（3)中的w的取值范围为5〈w〈9。
[0014] 按照本发明的另一方面，还提供了一种天空光估计系统，包括候选天空域选取模 块、二值化处理模块、腐蚀处理模块、连通域处理模块、天空域估计模块以及天空光估计模 块，其中：
[0015] 候选天空域选取模块，用于选取暗通道图中亮度前X%区域作为候选天空域，其中 X为预设值；
[0016] 二值化处理模块，用于对暗通道图进行二值化处理，将上述选取的候选天空域置 1，非候选天空域置0,形成二值图像；
[0017] 腐蚀处理模块，用于对二值图像的候选天空域进行腐蚀处理，以便滤掉面积较小 的白色亮物体，其中腐蚀处理的模板为w*w，w为预设的模板大小值；
[0018] 连通域处理模块，用于对腐蚀处理后的二值图像进行连通域处理，形成多个连通 区域，所述连通域处理是指将具有相同像素值的相邻像素点连成一个连通区域；
[0019] 天空域估计模块，用于计算各个连通区域的面积，选取面积最大的连通区域作为 估计的天空域，所述面积为连通区域里像素点的个数；
[0020] 天空光估计模块，用于在Y通道含雾图像上，利用上述估计的天空域的位置信息， 找出Y通道含雾图像上与上述估计的天空域相同位置区域里的最大灰度值，将该最大灰度 值作为天空光的估计值。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述候选天空域选取模块中X的取值范围为： 10<X<30〇
[0022] 在本发明的一个实施例中，所述腐蚀处理模块中的w的取值范围为5〈w〈9。
[0023] 按照本发明的另一方面，还提供了一种基于天空光估计的图像去雾方法，包括如 下步骤：
[0024] (1)读入原始含雾图像，所述原始含雾图像处于RGB颜色空间；
[0025] (2)将原始含雾图像从RGB颜色空间转换到YUV颜色空间；
[0026] (3)在Y通道含雾图像上利用暗原色先验理论求取Y通道含雾图像的暗原色通道， 得到暗原色通道图像；
[0027] (4)利用权利要求1至3任一项所述估计天空光的方法估计出暗原色通道图像的 天空光A;
[0028] (5)根据天空光以及暗原色通道图像求取透射率传输图;
[0029] (6)采用指导性滤波器对透射率传输图做滤波平滑处理得到t(x);
[0030] (7)根据大气散射公式求取Y通道复原图像J(x)，公式为：I(x) =J(x)t(x)+A[l-t(x)]，其中I(x)为Y通道含雾图像。
[0031] (8)对Y通道复原图像J(x)进行亮度增强处理得到J(x) ' ；
[0032] (9)将亮度增强后的Y通道复原图像J(x)'从YUV颜色空间转换至RGB颜色空间， 得到最终去雾图像。
[0033] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（3)具体为：
[0034] 对Y通道含雾图像的每一个像素点求取其局部区域亮度的最小值，将这个最小值 作为该中心像素点的暗原色，对整幅图像做最小值处理即得到暗原色通道图像。
[0035] 在本发明的一个实施例中，所述步骤（5)具体根据下式处理：
[0036]
【主权项】
1. 一种天空光估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1) 选取暗通道图像中亮度前X%区域作为候选天空域，其中X为预设值； (2) 对暗通道图像进行二值化处理，将上述选取的候选天空域置1，非候选天空域置0， 形成二值图像； (3) 对二值图像的候选天空域进行腐蚀处理，以便滤掉面积较小的白色亮物体，其中腐 蚀处理的模板为w*w，w为预设的模板大小值； (4) 对腐蚀处理后的二值图像进行连通域处理，形成多个连通区域，所述连通域处理是 指将具有相同像素值的相邻像素点连成一个连通区域； (5) 计算各个连通区域的面积，选取面积最大的连通区域作为估计的天空域，所述面积 为连通区域里像素点的个数； (6) 在Y通道含雾图像上，利用上述估计的天空域的位置信息，找出Y通道含雾图像 上与上述估计的天空域相同位置区域里的最大灰度值，将该最大灰度值作为天空光的估计 值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)中X的取值范围为：10〈X〈30。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)中的w的取值范围为 5<w<9〇
4. 一种天空光估计系统，其特征在于，所述系统包括候选天空域选取模块、二值化处理 模块、腐蚀处理模块、连通域处理模块、天空域估计模块以及天空光估计模块，其中： 候选天空域选取模块，用于选取暗通道图中亮度前X%区域作为候选天空域，其中X为 预设值； 二值化处理模块，用于对暗通道图进行二值化处理，将上述选取的候选天空域置1，非 候选天空域置0,形成二值图像； 腐蚀处理模块，用于对二值图像的候选天空域进行腐蚀处理，以便滤掉面积较小的白 色亮物体，其中腐蚀处理的模板为w*w，w为预设的模板大小值； 连通域处理模块，用于对腐蚀处理后的二值图像进行连通域处理，形成多个连通区域， 所述连通域处理是指将具有相同像素值的相邻像素点连成一个连通区域； 天空域估计模块，用于计算各个连通区域的面积，选取面积最大的连通区域作为估计 的天空域，所述面积为连通区域里像素点的个数； 天空光估计模块，用于在Y通道含雾图像上，利用上述估计的天空域的位置信息，找出Y通道含雾图像上与上述估计的天空域相同位置区域里的最大灰度值，将该最大灰度值作 为天空光的估计值。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述候选天空域选取模块中X的取值范围 为：10〈X〈30。
6. 如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述腐蚀处理模块中的w的取值范围为 5<w<9〇
7. -种基于天空光估计的图像去雾方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1) 读入原始含雾图像，所述原始含雾图像处于RGB颜色空间； (2) 将原始含雾图像从RGB颜色空间转换到YUV颜色空间； (3) 在Y通道含雾图像上利用暗原色先验理论求取Y通道含雾图像的暗原色通道，得到 暗原色通道图像； (4) 利用权利要求1至3任一项所述估计天空光的方法估计出暗原色通道图像的天空 光A; (5) 根据天空光以及暗原色通道图像求取透射率传输图 (6) 采用指导性滤波器对透射率传输图me)做滤波平滑处理得到t(x); (7) 根据大气散射公式求取Y通道复原图像J(x)，公式为：I(x) =J(x) t(x)+A[l-t(x)]，其中I(x)为Y通道含雾图像。 (8) 对Y通道复原图像J(x)进行亮度增强处理得到J(x)' ； (9) 将亮度增强后的Y通道复原图像J(x)'从YUV颜色空间转换至RGB颜色空间，得到 最终去雾图像。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（3)具体为： 对Y通道含雾图像的每一个像素点求取其局部区域亮度的最小值，将这个最小值作为 该中心像素点的暗原色，对整幅图像做最小值处理即得到暗原色通道图像。
9. 如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤（5)具体根据下式处理：
其中D(x)是以x为中心的局部区域，I(y)为局部区域里的Y通道含雾图像，A为天空 光。
10. 如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤（8)中的亮度增强处理具体 为： 采用双线性拉伸方法对Y通道复原图像进行亮度拉伸。
【专利摘要】本发明基于暗原色先验单幅图像去雾理论提出一种新的天空光求取方法。天空光来自无穷远处，图像中最大亮度值的像素被看成是天空光，因而白色的汽车或者建筑物可能被误认为天空光而影响图像的去雾恢复效果。本发明求取天空光的步骤如下；1)通过提取出暗通道图中较亮的区域作为候选天空域；2)将候选区进行二值化，候选区置1，非候选区置0，形成二值图像；3)对候选连通区域二值图进行腐蚀处理，滤掉面积较小的白色亮物体；4)对二值图像进行连通域处理，形成多个连通区域；5)求取面积最大的候选连通区域，将此连通域作为天空域的估计；6)在Y通道图像上将天空域的灰度最大值作为天空光的估计。
【IPC分类】G06T5-20
【公开号】CN104574325
【申请号】CN201410795004
【发明人】田岩, 许毅平, 文灏, 姜子伦, 夏栋
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月18日