雾霾天气下降质图像复原算法研究

Ｓ Ｑ［ Ｓ ｅｒ ｖ ｅｒ ２ ００ ５ （含 Ｓ ＳＡ Ｓ 组 件 ） 和 ＶＳ ２Ｏ ０ ５
而在 单 幅 图像 清 晰度 恢 复技 术 取 得 突破 的 同 时 ，直 方 图均 衡化 去 雾 技 术也 在 被 改进 创 新 。 直 方 图均 衡 化 处 理 的 “ 中 心 思想 ”是把 原始 图像 的 灰 度 直方 图从 比较 密 集 的某 些 灰 度 区 间均 匀 分 布 在 全部 灰 度 范 围 内［ 简 单 来 说 ，直 方 图均 衡 化 就 是对 图像 进 行 非线 性 拉 伸 ，重 新 分配 图像 像 素 值 ，使 全 部 灰 度 范 围 内的 像素 数 量 基本 相 同 。 因 此 直 方 图均 衡 化 就是 把 给 定 图像 的 直 方 图分 布 改 变成 “ 均 匀 ”分布 的 直 方 图 。在 传 统 的直 方 图均 衡 化 算法 中常 用 灰度 增 强 算法 ，一 般 分为 三 个 步 骤： （ １ ）求 出 原始 图的 直 方 图 ： （ ２ ）求 出灰 度 值 的变 换 表 ； （ ３ ）进 行 灰度 值 均匀 分 布 。 但 是 此 种 算 法 经 常 会 出现 因 原 始 图 中灰 度 级 过 多 合 并 ，造 成 图 像 的 灰 度 级 减 少 ， 易 造 成 信 息 的 丢 失 ：而 且 经 处 理 后 对 比 度 不 自然 的过 分增强 。 ３ ． 设计思路 般来讲 ，雾 霾天气 下采集到 的实物 图像退 化 比较严重 ，对 于此类 色素 下降 图像 的清晰化 处理 ， 主 要依靠 于对有 限色 素动 态范 围的非 线性拉 伸 ，加 强 图像对 比度从 而 实现对 降质 图像清 晰化 处理 ，但 又要防止 对 比度 过 分增强造 成 的图像 不 自然 。本 文 对 雾霾 天气下 降质 图像清 晰化方 法的 研究 ，主要 是 在 以往 的直方 图均衡 化算法 法及 其衍 生 出来 的算 法 的基础上 实现 的，对 以往 的直方 图均衡 法进 行 了一 定 的改进 ，且结 合 了单幅 图像清 晰度恢 复算法 。 直 方 图 均 衡 化 是 多 种 空 间域 处 理 技 术 的 基 础 ，而单 幅 图像 清晰 度恢 复是 计算机 视觉研 究领 域 的重要分 支 ．随着 人们对 单幅 图像清 晰度恢 复技 术 的日益重 视 ，使 得 该技术 日趋成 熟 ，本文将 通过对 该 技术 的学 习，并加 以研 究 ，使 其与 直方 图均衡 化 相 结合 ，利 用ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 进 行编程 ，应 用所 依托 的设 备 获 取 外 界 图像 帧 ，并 对 图 像帧 加 以实 时处 理 并 显 示 ，使其 可进 一步开 发 以实现车 载实 时 图像 去雾 的 功 效，让 驾驶 员在 显示器 中清 晰地看 到前方 状况 ， 为 车辆安 全 、快 速行 驶保 驾护航 。 ４ ． 算 法的 实验 结 果 分析 研 究 从 国 内外对 单 幅 图像 去 雾和 直 方 图均 衡 化 技 术 的 应用 中 ，我 们不 难 看 出两 者 都存 在着 一 定 的 缺 点 ， 而本 文 提 出 了一 种 改进 后 的 直 方 图均 衡化 算 法 ，使 其 与 单 幅 图像 清 晰度 恢 复 算法 相 结 合 ， 相 比 于 以往 的 直 方 图均 衡 化算 法 ，本算 法 的 优 点 在 于 它 既有 单 幅 图像 清 晰 度恢 复 算 法 的速 度 ， 又 能 在原 有 的清 晰化 处 理 上 加强 图像 的色 彩 ， 且 不 会 因灰 度 级 过 多合 并 而 造 成信 息 丢 失 ，使 其 具 有 实 时 处理 应 用 ，例 如 将 其 运用 在 车载 摄 像 头 中 ，
【 关键词 】雾霾 ；单 幅图像清 晰化；直方图均衡 化；灰度 ；非线性拉伸 １ ． 研 究 意 义 现 今 社 会 是 一 个 高 度 复 杂 的 人 口密 集 型 社 会 ，人 们 的 活 动 方 式 越 来 越 多 样 、活 动 范 围 越 来 越 大 ， 使汽 车 成 为 了重 要 的 交 通 工 具 ， 但 随 着 我 国工 业 化 进 程 加 快 ， 造 成 了雾 霾 等 恶 劣 天 气 ，对 交 通 存 在 着 巨大 安 全 隐 患 。在 雾 天 情 况 下 ， 由于 场 景 可 见 度 较 低 ， 造 成 驾 驶 员 的 视 觉 模 糊 ．是 我 国 车 祸 的 重 大 原 因 之 一 。然 而 随 着 计 算 机 软 硬 件 技 术 的 快 速 发 展 ， 单 幅 图像 清 晰 化 技 术 曰 益 成 熟 ， 使 得 我 们 对 雾 霾 天气 图 像 清 晰 度 的 处 理 成 为 了可 能 ， 但 是 雾 霾 的 日益 加 重 ， 又 对 去 雾 图 像 的 清 晰度 和 真 实 感 提 出 了 更 高 的 要 求 。 本 文 将 在 以往 图 像 清 晰 化 技 术 的 基 础 上 ，加 以深 入 研 究 ， 设计 出 一 种 效 果 更 好 的 程 序 ， 为拓 宽 驾 驶 员 视 野 ， 构 造 顺 畅 、 安 全 的 交 通环 境 提供 一 种 更好 的 思路 。 ２ ． 国 内 外 研 究 现 状 雾天 场 景恢 复 是 一 个 十 分 困难 的 问题 ， 因 为 雾 对 图 像 的影 响 程度 与 场 景 深 度 相 关 ， 然 而 图 像 深 度 的获 取 却 是 一个 不 完 全 约 束 的 问 题 。 目前 ， 国 内 外 对 去 雾 的 方 法 主 要 有 两 种 ： 单 幅 图 像 清 晰 度 恢 复 技 术 和 图像 色 彩 均 衡 技 术 （ 直 ； ６ － 图均 衡 化 ） 。 如 今 ，单 幅 图像 清 晰化 技 术 取 得较 大 突破 ， 这 些 方 法 的成 功 是 因 为众 多 前 辈 的实 践 或假 设 。 ２ ０ ０ ９ 年 ，何凯明博士在 《 Ｓ ｉ ｎ ｇ １ ｅ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ Ｈ ａ ｚ ｅ Ｒ ｅ ｍ ｏ ｖ ａ ｌ Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｄ ａ ｒ ｋ Ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｐ ｒ ｉ ｏ ｒ ） ＞一 文 中提 出 了一 种基 于 暗 通道 先 验 知 识统 汁［ １ ］ 的方法 ，用 于单 幅 图像 去 雾 ， 此 方 法 认为 在 绝 大 多数 非 天空 的 局 部 区域 里 ，某 一 些像 素 总 会有 至 少 一个 颜 色 通 道 具 有 很低 的值 ， 换言 之 ， 该 区域 光 强 度 的最 小 值 是 个 很 小 的数 在雾 天 图 像 中 ，暗 原 色 的强 度 值 大 小 主要 由大 气 光组 成 ， 此 方法 直 接应 用 暗 通 道 来 估计 透 射 率 图 ，并 运 用 图像 修 补 的方 法 对 透 射 率 图进 行 了平 滑操 作 ，利 用修 补 后 的透 射 率 图能 够 恢 复 出清 晰 的 图像 ，并 从 中获 得 雾天 图像 的 深 度 图， 因 此 该 方 法 虽 然 具 备物 理 有 效 性 ， 但 当 图像 目标 在 很 大 的 区域 和 大 气光 本 质 上十 分 相 同时 ，并且 无 暗 影 投 到物 体 上 时 ，暗 通 道 先验 知 识 统 计 将会 无效 ， 并且 修 补 透 射率 图时存 在 局 限 性 ，因 为 当修 补 的 参数 过 小 时 ，透 射 率 图 的细 节 较 多 ，层 次感 虽 然 较好 ，但 平 滑过 少 ，将 会 出现 大 量 的 局 部 错 误 ：而 当 修 补 参 数 过 大 时 ， 局 部 错 误 虽 然 会 减 少 ， 但 是 修 补 之 后 细 节 将 会 变 得 十 分 不 明 显 ，使 得 整 幅 透 射 率 图 层 次 感 缺 失 ， 丧 失 了 图像 的深 度 感 。 Ｉ 》 一 探索 察………………………一
雾 霾 天 气 下 降 质 图 像 复 原 算 法 研 究
西藏 大学 王新胜 陈 贤花 苏 倩 周张颖
【 摘要 】随着工 业化的发展，雾霾天气已经严 重影响了人们 的 日常生活，特别对 交通 安全造成了巨大影响，是我国车祸的一个 重要原因。 目前，国内外对雾霾的处理方法 主要有 两种 ：单 幅图像清晰化与直方图均衡化 ，本文将结合这 两种方法 ，基 于ｍ ａ ｌ ｆ ａ ｂ 图像处 理对去雾进行研 究。