基于Bayer格式的單幅圖像快速去霧方法技術

本發明專利技術公開了一種基于暗原色先驗的單幅Bayer圖像快速去霧算法。首先利用四叉樹細分算法估算大氣光；然后基于暗原色先驗模型，計算大氣傳播圖，并利用Guided?Filter代替Soft?Matting對其進行優化，進一步求出無霧Bayer圖像；最后采用demosaicing算法獲得清晰的無霧圖像。本發明專利技術所述方法直接采用Bayer格式圖像進行去霧，原始數據較其他方法減少了2/3，在保證去霧效果的前提下，極大地提高了運算速度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機視覺領域，特指一種。
技術介紹
大多數室外視覺系統，如視頻監控、目標識別和衛星遙感監測等，都需要獲取清晰的圖像特征。但是在有霧天氣條件下，由于場景的能見度較低，導致圖像對比度下降，目標模糊不清，使成像系統無法滿足用戶需求。因此，研究如何對霧天圖像進行有效處理，降低天氣條件對成像系統的影響具有重要研究價值。利用不同拍攝角度或不同拍攝時間得到的多幅圖像進行去霧，取得了一定的效果。但是這些方法對于輸入數據有特定要求，導致普通拍攝者難以獲取合適圖像。利用人工輸入深度信息，或利用已知的三維模型的方法，由于對數據的特殊要求同樣限制了其實用性和普遍性。近來，單幅圖像去霧由于不需要景深和大氣條件等輔助信息，應用場合廣泛，使其成為計算機視覺領域研究熱點。Tan通過最大化局部對比度的方法進行去霧，極大地增強了圖像對比度，該方法由于只關注提高能見度，導致處理結果通常趨于最大飽和度，另外這種方法在景深不連續的區域容易產生Halo效應。Fattal運用獨立成分分析的方法(ICA)JS據霧天圖像退化模型，基于馬爾可夫隨機場(MRF)，實現單幅圖像的去霧，但該方法基于局部塊的統計獨立假設，不能很好地處理濃霧圖像。Tarel等采用中值濾波估計大氣耗散函數，提出了一種快速圖像去霧算法，但是中值濾波邊緣保持性較差，容易產生Halo效應。He等人提出了一種暗原色先驗模型，用于單幅圖像去霧。該模型認為清晰的戶外自然圖像(天空區域除外)，在圖像局部區域內，RGB三個顏色通道中至少有一個通道存在很低的強度值，在霧天圖像上，暗原色的強度值主要由大氣光組成，該方法直接使用暗原色來估計傳播圖，并采用軟摳圖(SoftMatting)算法優化傳播圖，進一步恢復出清晰的圖像。該方法具有物理有效性，能夠對濃霧圖像進行處理，使得恢復后清晰圖像具有較少的Halo效應。該方法是當前最實用最有效的方法。雖然暗原色先驗模型在單幅圖像去霧方面取得重大突破，獲得了很好的去霧效果，但由于軟摳圖算法本質上是一個大規模稀疏線性方程組的求解問題，具有很高的時間復雜度和空間復雜度，使得算法計算量大、耗時高，嚴重限制了其在視頻去霧、有霧場景實時監控中的應用。為了解決這一問題，嵇曉強和楊靖宇等人針對航拍圖像景深變化不大，霧分布均勻的特點，通過閾值加密的方法快速計算傳播圖。方帥等人提出了一種單幅霧天圖像分割復原的方法，通過對去霧圖像進行分割，然后通過置信傳播(BP)算法對傳播圖進行推斷優化。胡偉等人基于暗原色先驗模型，提出了一種梯度優先法則，并結合多分辨率分析，提高了去霧效率。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于針對圖像去霧這個特定問題，為了提高去霧算法的運算速度，使其滿足實時性需求，提出一種基于單幅Bayer格式圖像的快速去霧算法。為解決上述技術問題，本專利技術采取的技術方案是一種，包括如下步驟I.利用四叉樹細分(quad-tree subdivision)算法估算大氣光A :四叉樹細分算法是二叉樹最優化搜索求取二維數據最優解的新的表現形式。將霧化圖像分為四個子塊，計算四個子塊的平均亮度，選擇平均亮度值最大的子塊重復劃分過程，當子塊大小小于自定義閾值時停止搜索。為了適應不同的圖像大小，本專利技術選擇最小圖像塊的閾值為原始圖像大小的1%。2.基于暗原色先驗模型，根據Bayer圖像特點，計算暗原色，進一步估算大氣粗粗傳播圖通過對大量圖像進行統計，結果表明晴天或無霧戶外圖像大多數符合暗原色先驗模型。模型認為在大多數室外無霧圖像的局部區域里，至少在一個顏色通道上有亮度值很小的像素點。但是由于Bayer格式圖像在每個像素位置僅存儲一個顏色通道的顏色值，針對這一特點，模型描述為在晴天或無霧的Bayer圖像局部區域里，至少存在一個像素位置，其亮度值很小。對于Bayer圖像K，其暗原色Ktok定義為Kjivk(X) = mill (K(y)),(I) ,··■ UUJ其中，Ω (χ)是以像素點X為中心的正方形鄰域。在晴天或無霧圖像中，Kdart的亮度值趨近O。根據霧天圖像成像模型，通過暗原色Ktok可以估計傳播圖t，這里得到的傳播圖存在明顯的分塊現象(稱其為粗傳播圖，記作 )，恢復出的無霧圖像邊緣帶有Halo效應。3.結合Bayer圖像特點，利用Guided Filter代替Soft Matting對粗傳播圖7進行優化，估算大氣傳播圖t:GuidedFilter同雙邊濾波器類似，是一種保邊緣的平滑濾波器，但是在邊緣附近效果優于雙邊濾波器。本文采用GuidedFilter,以Bayer格式圖像為引導圖像優化粗傳播圖。Bayer圖像中，R、B通道像素數為RGB圖像的1/4，G通道的像素數為RGB圖像的1/2，因此，利用Bayer圖像優化粗傳播圖可以極大地提高算法運行速度，減少空間使用。根據Guided Filter原理,在以像素點χ為中心的鄰域κ (χ)內，優化傳播圖t(x)是霧化圖像L(X)的線性組合，SP權利要求1.一種，其特征是，包括如下步驟 1)在Bayer格式圖像中利用四叉樹細分(quad_treesubdivision)算法估算大氣光A ； 2)基于暗原色先驗模型，給出Bayer圖像暗原色計算方法，根據暗原色估算大氣粗傳播四 3)利用GuidedFilter對粗傳播圖 進行優化,計算大氣傳播圖t ； 4)結合霧天成像模型，根據步驟I)估計的大氣光A、步驟3)得到的大氣傳播圖t以及有霧的Bayer圖像,計算出無霧的Bayer圖像,通過demosaicing算法恢復出符合人眼觀察的無霧圖像。2.根據權利要求I所述的，其特征是，所述步 驟I)中的大氣光計算方法和步驟2、3)中的大氣傳播圖的估計與優化均是根據Bayer格式圖像的特點計算得出。3.根據權利要求I，其特征是，所述步驟4)中demosaicing方法米用任意一種已有的demosaicing算法。全文摘要本專利技術公開了一種基于暗原色先驗的單幅Bayer圖像快速去霧算法。首先利用四叉樹細分算法估算大氣光；然后基于暗原色先驗模型，計算大氣傳播圖，并利用Guided Filter代替Soft Matting對其進行優化，進一步求出無霧Bayer圖像；最后采用demosaicing算法獲得清晰的無霧圖像。本專利技術所述方法直接采用Bayer格式圖像進行去霧，原始數據較其他方法減少了2/3，在保證去霧效果的前提下，極大地提高了運算速度。文檔編號G06T5/00GK102938136SQ20121025053公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日專利技術者張茂軍, 熊志輝, 婁靜濤, 包衛東, 譚樹人, 王煒, 徐瑋, 劉煜, 王斌, 陳立棟 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于Bayer格式的單幅圖像快速去霧方法，其特征是，包括如下步驟：1）在Bayer格式圖像中利用四叉樹細分(quad？tree？subdivision)算法估算大氣光A；2）基于暗原色先驗模型，給出Bayer圖像暗原色計算方法，根據暗原色估算大氣粗傳播圖；3）利用Guided？Filter對粗傳播圖進行優化，計算大氣傳播圖t；4）結合霧天成像模型，根據步驟1）估計的大氣光A、步驟3）得到的大氣傳播圖t以及有霧的Bayer圖像，計算出無霧的Bayer圖像，通過demosaicing算法恢復出符合人眼觀察的無霧圖像。FDA00001906893900011.jpg,FDA00001906893900012.jpg

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張茂軍，熊志輝，婁靜濤，包衛東，譚樹人，王煒，徐瑋，劉煜，王斌，陳立棟，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：