雾天图像清晰化理论与方法研究
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Research of Clearness Theory and Methods for Fog-Degraded Images
By Wangቤተ መጻሕፍቲ ባይዱJing
万方数据
Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China April, 2014
万方数据
Equalization; Dark Channel Prior; Mean Shift
IV 万方数据
目录
第一章 绪论 ........................................................................................................... 1 1.1 课题研究背景与意义 ................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ........................................................................................... 1 1.3 本文的主要研究工作和结构安排 ................................................................ 5
3) 针对 He 在使用暗原色先验知识对雾天图像进行去雾时透射率计算复 杂度太高而难以满足实时性的不足，提出一种新的高精度透射率快速计算技术 和去雾方法。首先对均值漂移算法进行适当改进，通过改进的均值漂移算法对 暗原色先验获得的透射图进行求精处理，然后将其引入暗原色先验去雾算法之 中，消除了透射图的块状效应和光晕现象，有效得解决了高精度透射率的快速 计算难题。
单位代码：10359 学 号：201111100571
密 级： 分类号： TP391.4
Hefei University of Technology
硕士学位论文
MASTER’S DISSERTATION
论文题目： 雾天图像清晰化理论与方法研究
学位类别：
学历硕士
专业名称：
计算机应用技术
作者姓名：
王晶
导师姓名：
万方数据
作者：王晶 2014 年 04 月
I
摘要
雾天条件下，由于大气中微粒的散射作用，成像设备获取的图像的亮度和 颜色均受到影响，图像的质量严重下降，大大降低了视频图像的应用价值。本 文在对基于增加对比度的图像增强方法和基于雾天退化机理的图像复原方法进 行深入研究的基础上，提出并实现了快速有效的雾天图像清晰化算法，并采用 主观观察和客观数据分析对本文的研究成果进行评价。主要内容如下：
汪荣贵 教授
完成时间：
2014 年 04 月
万方数据
合肥工业大学 学历硕士学位论文
雾天图像清晰化理论与方法研究
作者姓名： 指导教师： 专业名称： 研究方向：
王晶 汪荣贵 教授 计算机应用技术 人工智能及其应用
2014 年 04 月
万方数据
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
1) This dissertation analyzed and discussed the research background of image enhancement and image restoration in detail. The basic principles of several typical hazy image clarification methods were expounded, and the advantages and disadvantages of these algorithms were analyzed.
万方数据
致谢
研究生生活即将结束，在毕业论文完成之际，谨向在我读硕士期间给与我 指导、关心和帮助的导师、同学和家人表示诚挚的感谢！
首先，我要衷心感谢我的授业恩师汪荣贵教授。在两年多的时间里，导师 为我们创造了良好的学习环境和大量实践锻炼的机会，使我能够顺利地完成硕 士阶段的学业和科研任务，同时在理论和实践方面都有很大的提高。在大论文 的撰写过程中，汪老师精心指导，提出许多宝贵的意见，并对我的论文耐心地 进行多次修改。汪老师渊博的知识、严谨的治学态度、渊博的专业知识和敏锐 的学术洞察力，为我树立了学习的榜样，对我的一生的工作与学习都会产生深 远的影响。
4) 选取若干户外雾天视频图像，使用本文算法进行实验。实验结果表明， 与以往的经典的雾天清晰化方法对比，本文的算法获得了较好的视觉效果，在 图像细节恢复的同时，原始的色彩得到了保持，且保证了算法的效率。
关键词: 图像增强; 图像复原; 自适应色彩均衡化; 暗原色先验; 均值漂移
II
万方数据
ABSTRACT
1) 对图像增强和图像复原的研究背景进行了比较细致的分析和讨论，阐 述了若干比较典型的雾天图像清晰化算法的基本原理，并分析了这些算法的优 缺点。
2) 针对自动色彩均衡化算法在雾天图像增强中不能很好的保持图像原始 色彩信息的不足，提出一种双选像素点的局部自适应 ACE 算法。首先将获得的 图像从 RGB 色彩空间变换到 YCbCr 色彩空间中，然后利用亮度图像的梯度信息 和图像的局部信息进行双层像素点选择，最后采用局部自适应滤波调整 ACE 算 法中的亮度控制函数。该算法不仅具有较好的色彩保持性质，而且具有较快的 计算速度。
感谢计算机与信息学院办公室曹航、徐静等各位老师在日常事务中及时为 我们提供各种帮助。
感谢我的同窗挚友：张冬梅、李想、蒋守欢、齐立立，他们是我研究生阶 段的好伙伴，一直以来我们相互鼓励，相互鼓励，在写大论文的过程中共同探 讨和交流，对我研究生的学习和论文的完成起着重要的推进作用。
感谢傅剑峰、周良、沈法琳、游生福、戴经成和查炜等师兄师姐给予的多 方面帮助和支持。
In bad weather, such as fog and haze, the brightness and color of images acquired by imaging device are affected by the scattering particles in the atmosphere. This results in severely degrading of image quality and great reduction of the application value of videos and images. A fast and efficient algorithm for image clarification is proposed and implemented based on in-depth study for image enhancement and restoration methods which are respectively using the increase in contrast and fog degradation mechanism. The proposed research results are evaluated by subjective observation and objective data analysis. The main contents are as follows:
III
万方数据
precision transmission. 4) This paper implemented experiments on some outdoor foggy images. The
results show that the improved algorithms get better visual effect, keep the original color when restoring image detail and ensure the efficiency compared with the conventional classical fog clearness methods. KEYWORDS: Image Enhancement; Image Restoration; Automatic Color
2) For the deficiency of the Automatic Color Equalization algorithm can not keep the original color information well when using for hazy image enhancement, a double selection pixel of local adaptive ACE algorithm was proposed. The proposed algorithm transformed the obtained images from the RGB color space to the YCbCr color space firstly, and then employed gradient information of the luminance image and local information of the image to select pixels in double layer. Lastly, it adjusted the brightness control function in ACE algorithm with locally adaptive filter. The algorithm is not only good at color retention in nature, but also calculating fast.
3) For the high complexity of medium transmission computing, He’s dark channel prior knowledge can not satisfy the real-time requirement when enhancing hazy image. A new high precision and fast computing technology is proposed for estimating transmission and haze-removal in this dissertation. First of all, this paper appropriately improved mean shift algorithm, and then precisely figured the transmission map obtained by dark channel prior algorithm through improved mean shift. The proposed algorithm was introduced into simple image haze remove using dark channel. The algorithm eliminates the block diagram and halo phenomenon of the transmission map, and solves the problem of rapid calculation for the high
感谢董俊鹏、秦飞、梁启香、曾佳、王宇、陆海俊师弟师妹们，为我的研 究生生活增添了许多欢乐。
特别地，我要感谢我的父母，感谢他们对我无微不至的关怀和照顾，在我 多年的求学过程中，给与我的巨大的支持和鼓励，给我提供了强大的精神力量 和物质后盾，为我的成长花费了无数的精力和心血。
最后我要感谢的是合肥工业大学这片热土，我最美好的青春岁月在这里度 过，它为我的成长提供了优越的环境。
By Wangቤተ መጻሕፍቲ ባይዱJing
万方数据
Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China April, 2014
万方数据
Equalization; Dark Channel Prior; Mean Shift
IV 万方数据
目录
第一章 绪论 ........................................................................................................... 1 1.1 课题研究背景与意义 ................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ........................................................................................... 1 1.3 本文的主要研究工作和结构安排 ................................................................ 5
3) 针对 He 在使用暗原色先验知识对雾天图像进行去雾时透射率计算复 杂度太高而难以满足实时性的不足，提出一种新的高精度透射率快速计算技术 和去雾方法。首先对均值漂移算法进行适当改进，通过改进的均值漂移算法对 暗原色先验获得的透射图进行求精处理，然后将其引入暗原色先验去雾算法之 中，消除了透射图的块状效应和光晕现象，有效得解决了高精度透射率的快速 计算难题。
单位代码：10359 学 号：201111100571
密 级： 分类号： TP391.4
Hefei University of Technology
硕士学位论文
MASTER’S DISSERTATION
论文题目： 雾天图像清晰化理论与方法研究
学位类别：
学历硕士
专业名称：
计算机应用技术
作者姓名：
王晶
导师姓名：
万方数据
作者：王晶 2014 年 04 月
I
摘要
雾天条件下，由于大气中微粒的散射作用，成像设备获取的图像的亮度和 颜色均受到影响，图像的质量严重下降，大大降低了视频图像的应用价值。本 文在对基于增加对比度的图像增强方法和基于雾天退化机理的图像复原方法进 行深入研究的基础上，提出并实现了快速有效的雾天图像清晰化算法，并采用 主观观察和客观数据分析对本文的研究成果进行评价。主要内容如下：
汪荣贵 教授
完成时间：
2014 年 04 月
万方数据
合肥工业大学 学历硕士学位论文
雾天图像清晰化理论与方法研究
作者姓名： 指导教师： 专业名称： 研究方向：
王晶 汪荣贵 教授 计算机应用技术 人工智能及其应用
2014 年 04 月
万方数据
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
1) This dissertation analyzed and discussed the research background of image enhancement and image restoration in detail. The basic principles of several typical hazy image clarification methods were expounded, and the advantages and disadvantages of these algorithms were analyzed.
万方数据
致谢
研究生生活即将结束，在毕业论文完成之际，谨向在我读硕士期间给与我 指导、关心和帮助的导师、同学和家人表示诚挚的感谢！
首先，我要衷心感谢我的授业恩师汪荣贵教授。在两年多的时间里，导师 为我们创造了良好的学习环境和大量实践锻炼的机会，使我能够顺利地完成硕 士阶段的学业和科研任务，同时在理论和实践方面都有很大的提高。在大论文 的撰写过程中，汪老师精心指导，提出许多宝贵的意见，并对我的论文耐心地 进行多次修改。汪老师渊博的知识、严谨的治学态度、渊博的专业知识和敏锐 的学术洞察力，为我树立了学习的榜样，对我的一生的工作与学习都会产生深 远的影响。
4) 选取若干户外雾天视频图像，使用本文算法进行实验。实验结果表明， 与以往的经典的雾天清晰化方法对比，本文的算法获得了较好的视觉效果，在 图像细节恢复的同时，原始的色彩得到了保持，且保证了算法的效率。
关键词: 图像增强; 图像复原; 自适应色彩均衡化; 暗原色先验; 均值漂移
II
万方数据
ABSTRACT
1) 对图像增强和图像复原的研究背景进行了比较细致的分析和讨论，阐 述了若干比较典型的雾天图像清晰化算法的基本原理，并分析了这些算法的优 缺点。
2) 针对自动色彩均衡化算法在雾天图像增强中不能很好的保持图像原始 色彩信息的不足，提出一种双选像素点的局部自适应 ACE 算法。首先将获得的 图像从 RGB 色彩空间变换到 YCbCr 色彩空间中，然后利用亮度图像的梯度信息 和图像的局部信息进行双层像素点选择，最后采用局部自适应滤波调整 ACE 算 法中的亮度控制函数。该算法不仅具有较好的色彩保持性质，而且具有较快的 计算速度。
感谢计算机与信息学院办公室曹航、徐静等各位老师在日常事务中及时为 我们提供各种帮助。
感谢我的同窗挚友：张冬梅、李想、蒋守欢、齐立立，他们是我研究生阶 段的好伙伴，一直以来我们相互鼓励，相互鼓励，在写大论文的过程中共同探 讨和交流，对我研究生的学习和论文的完成起着重要的推进作用。
感谢傅剑峰、周良、沈法琳、游生福、戴经成和查炜等师兄师姐给予的多 方面帮助和支持。
In bad weather, such as fog and haze, the brightness and color of images acquired by imaging device are affected by the scattering particles in the atmosphere. This results in severely degrading of image quality and great reduction of the application value of videos and images. A fast and efficient algorithm for image clarification is proposed and implemented based on in-depth study for image enhancement and restoration methods which are respectively using the increase in contrast and fog degradation mechanism. The proposed research results are evaluated by subjective observation and objective data analysis. The main contents are as follows:
III
万方数据
precision transmission. 4) This paper implemented experiments on some outdoor foggy images. The
results show that the improved algorithms get better visual effect, keep the original color when restoring image detail and ensure the efficiency compared with the conventional classical fog clearness methods. KEYWORDS: Image Enhancement; Image Restoration; Automatic Color
2) For the deficiency of the Automatic Color Equalization algorithm can not keep the original color information well when using for hazy image enhancement, a double selection pixel of local adaptive ACE algorithm was proposed. The proposed algorithm transformed the obtained images from the RGB color space to the YCbCr color space firstly, and then employed gradient information of the luminance image and local information of the image to select pixels in double layer. Lastly, it adjusted the brightness control function in ACE algorithm with locally adaptive filter. The algorithm is not only good at color retention in nature, but also calculating fast.
3) For the high complexity of medium transmission computing, He’s dark channel prior knowledge can not satisfy the real-time requirement when enhancing hazy image. A new high precision and fast computing technology is proposed for estimating transmission and haze-removal in this dissertation. First of all, this paper appropriately improved mean shift algorithm, and then precisely figured the transmission map obtained by dark channel prior algorithm through improved mean shift. The proposed algorithm was introduced into simple image haze remove using dark channel. The algorithm eliminates the block diagram and halo phenomenon of the transmission map, and solves the problem of rapid calculation for the high
感谢董俊鹏、秦飞、梁启香、曾佳、王宇、陆海俊师弟师妹们，为我的研 究生生活增添了许多欢乐。
特别地，我要感谢我的父母，感谢他们对我无微不至的关怀和照顾，在我 多年的求学过程中，给与我的巨大的支持和鼓励，给我提供了强大的精神力量 和物质后盾，为我的成长花费了无数的精力和心血。
最后我要感谢的是合肥工业大学这片热土，我最美好的青春岁月在这里度 过，它为我的成长提供了优越的环境。