一種基于視頻圖像的能見(jiàn)度檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能見(jiàn)度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于視頻圖像的能見(jiàn)度檢 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低能見(jiàn)度是道路交通事故的重要誘因。特別是高速公路，車(chē)輛行駛速度快、流量大 以及其自身全封閉、全立交的特點(diǎn)，要求車(chē)輛不得任意減速和停車(chē)。當(dāng)遇到低能見(jiàn)度天氣 時(shí)，就極有可能引發(fā)多車(chē)連續(xù)追尾的重特大交通事故。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，高速公 路里程持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量也在不斷增長(zhǎng)，這些因素都導(dǎo)致高速公路的交通事 故發(fā)生率和傷亡損失飛速增長(zhǎng)。及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)低能見(jiàn)度并進(jìn)行預(yù)警響應(yīng)，對(duì)保障高速公 路暢通運(yùn)營(yíng)有重要意義。
[0003] 高速公路能見(jiàn)度的檢測(cè)方法總體上將可以分為三大類(lèi)：即目測(cè)法、器測(cè)法和視頻 檢測(cè)方法。其中最為傳統(tǒng)也最常用的檢測(cè)方法是目測(cè)法和器測(cè)法。不同于溫度、濕度等可 以直觀測(cè)量的氣象要素，能見(jiàn)度在人工觀測(cè)中只是估測(cè)，且目測(cè)數(shù)據(jù)缺乏規(guī)范性與持續(xù)可 追溯性。為此，高速公路引進(jìn)了價(jià)格昂貴的能見(jiàn)度檢測(cè)儀器來(lái)獲取精確的能見(jiàn)度值，但因該 設(shè)備布設(shè)非常稀疏，并不滿足高速公路線性距離長(zhǎng)的需求，低能見(jiàn)度檢測(cè)效果非常有限。近 些年來(lái)，隨著高速公路全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的逐步完善，利用視頻圖像方法檢測(cè)能見(jiàn)度成為 國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。視頻檢測(cè)能見(jiàn)度結(jié)合視頻圖像分析、大氣光線傳播模型與多種檢 測(cè)識(shí)別算法，在分析處理視頻圖像的基礎(chǔ)上，建立圖像與真實(shí)場(chǎng)景之間的映射關(guān)系，通過(guò)測(cè) 量圖像特征的變化情況，進(jìn)而求得能見(jiàn)度值?；谝曨l圖像檢測(cè)能見(jiàn)度的方法主要有三種， 分別是攝像機(jī)標(biāo)定法、雙殼度差算法和暗通道先驗(yàn)法。
[0004] 在實(shí)際應(yīng)用中，視頻能見(jiàn)度檢測(cè)技術(shù)主要以攝像機(jī)模型標(biāo)定法和雙亮度差法為 主。攝像機(jī)模型標(biāo)定法在國(guó)內(nèi)外均有應(yīng)用，可適用于移動(dòng)車(chē)輛與固定攝像機(jī)，易受到多種復(fù) 雜天氣和環(huán)境（如雨雪天氣對(duì)道路標(biāo)線的覆蓋，道路翻修改建、道路標(biāo)線磨損等）的干擾， 且在夜間很難工作，難以滿足全天候?qū)崟r(shí)檢測(cè)的需求。雙亮度差算法預(yù)先搭建符合要求的 目標(biāo)物，建立視頻能見(jiàn)度檢測(cè)的良好條件，滿足全天候觀測(cè)的需求，不足之處是需要人工目 標(biāo)物的搭建。
[0005] 因此，需要提供一種不需要重新搭建硬件設(shè)施，可應(yīng)用于各種環(huán)境，且滿足全天候 觀測(cè)的需求的基于視頻圖像的能見(jiàn)度檢測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于視頻圖像的能見(jiàn)度檢測(cè)方法，解決現(xiàn)有方法存在 的易受環(huán)境干擾、需要依賴額外硬件設(shè)施的問(wèn)題。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0008] -種基于視頻圖像的能見(jiàn)度檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟：
[0009]S1、獲取待檢測(cè)區(qū)域的視頻圖像的暗通道圖像；
[0010] S2、根據(jù)所述暗通道圖像估測(cè)所述視頻圖像的大氣光照值；
[0011] S3、根據(jù)所述視頻圖像的大氣光照值計(jì)算所述視頻圖像的估算大氣透射率，并根 據(jù)所述視頻圖像的估算大氣透射率計(jì)算所述視頻圖像的估算能見(jiàn)度；
[0012] S4、采用區(qū)域生長(zhǎng)法識(shí)別所述暗通道圖像中的天空區(qū)域與非天空區(qū)域；
[0013] S5、根據(jù)所述視頻圖像的估算能見(jiàn)度，在設(shè)定的不同能見(jiàn)度模式對(duì)應(yīng)的天空區(qū)域 和非天空區(qū)域透射率修正系數(shù)中選取所述視頻圖像的天空區(qū)域和非天空區(qū)域透射率修正 系數(shù)；
[0014] S6、根據(jù)所述視頻圖像的天空區(qū)域和非天空區(qū)域透射率修正系數(shù)計(jì)算所述視頻圖 像的大氣透射率，并根據(jù)所述視頻圖像的大氣透射率計(jì)算所述視頻圖像的能見(jiàn)度。
[0015] 優(yōu)選地，步驟S2中估測(cè)所述視頻圖像的大氣光照值的方法為：將所述視頻圖像的 暗通道圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的暗通道值按照從大到小順序排列，取前10%的暗通道值的均值 作為所述視頻圖像的大氣光照值。
[0016] 優(yōu)選地，步驟S3中，
[0017] 計(jì)算所述視頻圖像的估算大氣透射率的公式為：
[0018]
[0019] 公式中，？(X)為視頻圖像的估算大氣透射率，c為三基色空間中的顏色通道， Ω(X)表示中心點(diǎn)為像素點(diǎn)X的局部區(qū)域，T(y)為圖像中像素位置為y的顏色通道c的像 素值，f為顏色通道c的大氣光照值；
[0020] 計(jì)算所述視頻圖像的估算能見(jiàn)度的公式為：
[0021]
[0022] 公式中，f為視頻圖像的估算能見(jiàn)度。
[0023] 優(yōu)選地，步驟S4進(jìn)一步包括如下子步驟：
[0024]S4. 1、選取所述暗通道圖像中亮度最大的像素值作為種子像素值Seed;
[0025]S4. 2、確定區(qū)域生長(zhǎng)的生長(zhǎng)規(guī)則：
[0026]當(dāng)滿足以下約束條件時(shí)，像素點(diǎn)屬于天空區(qū)域，不滿足時(shí)像素點(diǎn)屬于非天空區(qū) 域：
[0027]
[0028] 公式中，c為三基色空間中的顏色通道，Ω(X)表示中心點(diǎn)為像素點(diǎn)X的局部區(qū)域， r(y)為圖像中像素位置為y的顏色通道c的像素值，f為顏色通道c的大氣光照值，thl 為所述視頻圖像的灰度圖像中圖像的灰度閾值，th2為暗通道中圖像的灰度閾值；
[0029] S4. 3、根據(jù)區(qū)域生長(zhǎng)的生長(zhǎng)規(guī)則，以種子像素值Seed的像素點(diǎn)為中心進(jìn)行區(qū)域生 長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到天空區(qū)域與非天空區(qū)域的邊界時(shí)，區(qū)域生長(zhǎng)停止，完成所述暗通道圖像中的天空 區(qū)域與非天空區(qū)域的識(shí)別。
[0030] 優(yōu)選地，步驟S4. 3中的區(qū)域生長(zhǎng)停止的觸發(fā)條件為：設(shè)定變量Val= 2/3Size， Size為所述視頻圖像的大小，當(dāng)區(qū)域生長(zhǎng)過(guò)程處理的像素個(gè)數(shù)達(dá)到變量Val時(shí)，停止區(qū)域 生長(zhǎng)D
[0031]優(yōu)選地，步驟S4. 3之后還包括步驟：
[0032] S4. 4、當(dāng)滿足,⑴)〉0'75:的條件時(shí)，將像素點(diǎn)X劃入天空區(qū)域。
[0033] 優(yōu)選地，步驟S5中不同能見(jiàn)度模式對(duì)應(yīng)的天空區(qū)域和非天空區(qū)域透射率修正系 數(shù)的設(shè)定方法為：
[0034] 建立包含不同能見(jiàn)度的能見(jiàn)度模式，所述能見(jiàn)度模式包括：
[0035]
[0036] V為能見(jiàn)度，單位為米；
[0037] 選取分別屬于不同能見(jiàn)度模式的能見(jiàn)度為1000m，500m，200m，100m，50m的已知能 見(jiàn)度的視頻圖像，獲取各已知能見(jiàn)度的視頻圖像的暗通道圖像；
[0038] 根據(jù)所述已知能見(jiàn)度的視頻圖像的暗通道圖像估測(cè)已知能見(jiàn)度的視頻圖像的大 氣光照值；
[0039] 根據(jù)已知能見(jiàn)度的視頻圖像的大氣光照值計(jì)算已知能見(jiàn)度的視頻圖像的估算大 氣透射率，公式為
[0040]
[0041] 公式中，為已知能見(jiàn)度的視頻圖像的估算大氣透射率，c為三基色空間中的 顏色通道，Ω(X)表示中心點(diǎn)為像素點(diǎn)X的局部區(qū)域，F(xiàn)(y)為圖像中像素位置為y的顏色 通道C的像素值，f為顏色通道C的大氣光照值；
[0042] 計(jì)算已知能見(jiàn)度的視頻圖像的估算能見(jiàn)度，公式為：
[0043]
[0044] 公式中，I?為已知能見(jiàn)度的視頻圖像的估算能見(jiàn)度；
[0045] 采用區(qū)域生長(zhǎng)法識(shí)別已知能見(jiàn)度的視頻圖像的暗通道圖像中的天空區(qū)域與非天 空區(qū)域；
[0046] 以已知能見(jiàn)度的視頻圖像的估算能見(jiàn)度與已知能見(jiàn)度的視頻圖像的實(shí)際能見(jiàn)度 之間的差值作為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)最小二乘法原理，推導(dǎo)不同能見(jiàn)度模式對(duì)應(yīng)的天空區(qū)域和 非天空區(qū)域透射率修正系數(shù)。
[0047] 優(yōu)選地，所述推導(dǎo)不同能見(jiàn)度模式對(duì)應(yīng)的天空區(qū)域和非天空區(qū)域透射率修正系數(shù) 的公式如下，
[0048] 天空區(qū)域的目標(biāo)函數(shù)和透射率修正函數(shù)為：
[0049]
[0050] 公式中，1^為能見(jiàn)度模式為i(ieU，2,3,4,5})時(shí)的實(shí)際能見(jiàn)度，Lajx))為透 射率為tl(x)時(shí)圖像的估算能見(jiàn)度i?，I、％分別為能見(jiàn)度模式為i(ie{1，2,3,4,5})時(shí) 的天空區(qū)域透射率修正系數(shù)；
[0051] 非天空區(qū)域的目標(biāo)函數(shù)和透射率修正函數(shù)為：
[0052]
[0053] 公式中，氣為能見(jiàn)度模式為i(ie{1，2, 3,