雾霾天气彩色图像的局域非线性变换增强算法_李力

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第３３卷第５期２０１３年５月
北京理工大学学报ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＢｅｉｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｇｙ
ｏ．５Ｖｏｌ．３３ＮＭａ２０１３ｙ
：ＤＡｂｓｔｒａｃｔｉｉｔａｌｉｍａｅｂａｓｅｄｏｎｒｅａｌｔｉｍｅｉｍａｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｕｅｓｃａｎｒｏｃｅｓｓｉｎ－ｇｇｇｑｐｇ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｏａｎｄｈａｚｅｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｉｍａｅｈｅｕａｌｉｔ．ＦｉｒｓｔｔｙｇｇｑｙｃｒｉｔｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｌｏｒＴＶｉｍａｉｎｓｓｔｅｍｃｏｕｌｄｂｅａｆｆｅｃｔｅｄｂａｔｍｏｓｈｅｒｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｇｇｙｙｐ，，ｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄ．ＴｈｅｎｔｗｏｉｍａｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｉｍａｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｙｇｇＲｅｔｉｎｅｘｔｈｅｏｒａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｕｂｂｌｏｃｋｏｖｅｒｌａｉｎｌｏｃａｌｂａｌａｎｃｉｎａｌｏｒｉｔｈｍ，ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．－ｙｐｐｇｇｇ，ｔｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓＦｕｒｔｈｅｒｈｅｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔａｎｄａｌｏｒｉｔｈｍｃｏｍｌｅｘｉｔｏｆｔｗｏｔｅｓｏｆｇｐｐｙｐｙａｌｏｒｉｔｈｍｓｗｅｒｅｃｏｍａｒｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅｓｕｂｂｌｏｃｋｏｖｅｒｌａｉｎ－－ｇｐｐｐｐｇｌｏｃａｌｅｕｉｌｉｂｒｉｕｍｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔａｌｏｒｉｔｈｍｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅａｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｓｅｅｄａｎｄｒｏｃｅｓｓｉｎｑｇｐｐｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ．：；Ｒ；；Ｋｅｗｏｒｄｓｃｏｌｏｒｉｍａｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｅｔｉｎｅｘｔｈｅｏｒｉｍａｅｒｅａｌｔｉｍｅｒｏｃｅｓｓｉｎｒｏｃｅｓｓｉｎ－ｇｙｇｐｇｐｇｙｓｓｔｅｍｙ／由于充分利ＣＤＣＭＯＳ彩色电视系统，基于Ｃ用人眼的彩色视觉特性来获取目标景物信息，在军事、边／海防、公共安全、工业和民用（监控、公路管等领域具有广阔的应用．彩色电视系统工作在理）可见光波段，受大气环境以及景物条件等的影响较为明显，当大气能见度下降或场景中目标亮暗动态范围较大时，常规的电视成像系统性能将明显恶化（例如作用距离迅速下降、场景中部分区域的图像层，直接影响彩色电视系统的观察效果．通次不足等）过有效的图像增强方法是提高雾霾天气条件下电视
雾霾天气彩色图像的局域非线性变换增强算法
李力，金伟其，徐超，王霞
（）北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京１０００８１摘要：基于数字图像处理的实时图像增强处理技术可有效地降低受到雾、霾等大气环境的影响，严重限制了电视本文分析了雾、霾等大气环境对彩色电视成像系统产生影响的原因，研成像系统的性能和使用环境这种不利影响，究了基于Ｒ并对这几种算法的处理效ｅｔｉｎｅｘ理论的图像增强方法和子块部分重叠局域亮度灰度非线性变换算法，果及算法复杂程度进行了对比．结果表明，子块部分重叠局域亮度灰度非线性变换算法是一种处理效果和处理速度比较平衡的算法．关键词：彩色图像增强；Ｒｅｔｉｎｅｘ理论；图像处理；实时处理系统（）中图分类号：ＴＮ９１１．７３文献标志码：Ａ文章编号：１００１０６４５２０１３０５０５１６０７－－－
等算法．对彩色图像增强较有效的算法是子域重叠均衡增强处理算法和多尺度局部Ｒｅｔｉｎｅｘ增强算，（法图１给出ＮＡＳＡ兰利研究中心ＬａｎｌｅＲｅ－ｇｙ）的一组雾天彩色图像增强效果图ｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ［］像９．这些算法虽然可取得一定的增强效果，但往目前实际能够实现彩色电视实往算法处理量较大，时增强的处理算法大多属于常规的ＡＧＣ， γ 变换和全局ＨＥ等较简单的方法，这些算法对具有较大场景景深的图像往往难以兼顾不同区域的增强需求，因此，能够适应较大景深场景的局域快速增强处理算法成为实时视频图像增强研究的重点．
１０］的路径光谱透射比，可表示为［
ｑ３．９１２λ ０［，Ｒ，ｘＲ］－ τ（ λ）＝ｅｐＲｖ λ
（）
、同态滤波
［１］
、偏振图像处理
［２］
、子域重叠均
衡增强处理算法
［］３５－
［］、基于Ｒｅｔｉｎｅｘ的图像增强６－８
ＣｏｌｏｒＩｍａｅＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＵｓｉｎＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｕｂＢｌｏｃｋ－ｇｇＯｖｅｒｌａｉｎＬｏｃａｌＥｕｉｌｉｂｒｉｕｍＡｌｏｒｉｔｈｍＵｎｄｅｒｐｐｇｑｇａｎｄＨａｚｅＷｅａｔｈｅｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＦｏｇ
，，，ＬＩＬｉＪＩＮＷｅｉｉＣｈａｏＸｉａ－ｑＸＵＷＡＮＧ
（，，ＫＳｃｈｏｏｌｏｆＯｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＢｅｉｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｍａｉｎｐｊｇｇｙｙｙｇｇ，）ＴｅｃｈｎｏｌｏａｎｄＳｓｔｅｍ，ＭｉｎｉｓｔｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａＢｅｉｉｎ１０００８１，Ｃｈｉｎａｇｙｙｙｊｇ
收稿日期：２０１２０１０６－－）基金项目：国家部委预研项目（４０４０５０３０２０１，：；，：作者简介：李力（男，博士，讲师，金伟其（男，教授，博士生导师，ｉｏｗ１９８２—）Ｅ－ｍａｉｌｌｉｌｉｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ１９６１—）Ｅ－ｍａｉｌｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．＠ｂ＠ｂｊｑ
［１］
使得光辐射能量衰减，而造成辐射衰减粒子的作用，
１０］的主要原因是雾和霾［．
，对于电视成像，经距离Ｒ（传输后的目标场ｉｊ）
１０］，，景表观光谱亮度Ｌ［可表示为［Ｒ（ｉ λ］ｊ）
，，，，，Ｌ［Ｒ（ｉｉＲ（ｉ＋ λ］＝Ｌ λ） τ［ λ］ｊ）ｊ，ｊ）０（｛，，｝，Ｌ（１－τ［Ｒ（ｉ ∞， λ） λ］ｊ） …， …，（ｉ＝１，２，Ｎ；２，Ｍ）．（１）ｊ＝１，，式中：为目标点的固有亮度；为ＬｉＬ（ λ） ∞， λ）ｊ，０（；［（，），］天空光谱亮度 τ Ｒｉｊ λ 为目标点到电视系统
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０．５８５ＲＲｖ＜６ｋｍ烄（１．３Ｒｖ ≈ １０ｋｍ．２）ｑ＝烅１．６Ｒｖ＞５０ｋｍ烆，式中Ｒｖ为大气能见距离（或称能见度）表示人眼
１０］视觉观察极限距离［．
／１３ｖ
可以看出，大气光谱透射比随波长增加而增大，且随着Ｒｖ的降低，在可见光波段两端的光谱透射比差异减小．在雾霾天气下，大气能见度介于数百米到１电视图像增强效果的评价常以相０ｋｍ之间，对大气能见距离的作用距离来表述．／常用的彩色摄像机是在黑白ＣＣＤＣＯＭＳ成像传感器前加上拜尔滤光片，使得各像素按照彩色视
第５期
李力等：雾霾天气彩色图像的局域非线性变换增强算法
５１７
图像对比度和细节的有效方法．在模拟电视阶段，电视图像增强处理常采用自动增益控制（和γ 变换等模拟信号处理的方ＡＧＣ）法实现．随着数字图像处理和现代信号处理芯片技术的发展，电视图像的数字图像增强已成为解决雾低对比度电视图像增强的有效手段霾天气条件下，之一．数字图像处理技术不仅可有效实现传统而且可通过数字增强图像处ＡＧＣ和γ 变换等处理，理更有效地减轻雾／霾对图像对比度的衰减，提高观察者的观察效果；通过数字滤波处理减少图像噪声影响，提高图像信噪比．目前虽然对于雾霾天气条件下低对比度彩色图像的增强算法的研究较多，比较典型的有直方图均衡化