一種天空光估計方法與系統(tǒng)及其圖像去霧方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理與分析技術領域，更具體地，涉及一種天空光估計方法與系 統(tǒng)及其圖像去霧方法。
【背景技術】
[0002] 霧天時，采集到的圖像中景物的對比度以及顏色會有一定程度的衰減，圖像中蘊 含的許多特征會變得模糊，圖像中的一些細節(jié)無法辨識，圖像視覺效果和數據質量下降。因 此霧天條件下，研宄圖像處理技術去除霧的影響，增加圖像的對比度和清晰度，使得計算機 視覺系統(tǒng)能夠在惡劣天氣下也能可靠、穩(wěn)定的工作，對于當下霧霾天氣頻發(fā)，無疑具有十分 重要的理論和實際應用價值。
[0003] 對于根據大氣散射模型以及暗原色先驗理論的去霧研宄，將Y通道圖中亮度最大 值作為天空光的估計，但是圖像中亮度最大的點往往是白色的建筑物或者白色的汽車，其 深度并非處于無窮遠處，這樣勢必造成天空光的求取錯誤。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提出一種基于天空光估計方法及其 圖像去霧方法，利用暗原色通道圖找出候選天空區(qū)域，再對候選區(qū)域進行圖像腐蝕處理，將 最大候選區(qū)域視為天空區(qū)域，從而達到天空域的自動提取，在Y通道亮度圖上將天空域的 亮度最大值作為天空光的度量。針對大量圖片的測試結果，證明本發(fā)明方法對于存在天空 區(qū)域的圖像能夠準確地自動提取天空域，從而得到精確的天空光，進而恢復出更為清晰的 圖像。
[0005] 為了實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種天空光估計方法，包括如 下步驟：
[0006] (1)選取暗通道圖像中亮度前X%區(qū)域作為候選天空域，其中X為預設值；
[0007] (2)對暗通道圖像進行二值化處理，將上述選取的候選天空域置1，非候選天空域 置0,形成二值圖像；
[0008] (3)對二值圖像的候選天空域進行腐蝕處理，以便濾掉面積較小的白色亮物體，其 中腐蝕處理的模板為w*w，w為預設的模板大小值；
[0009] (4)對腐蝕處理后的二值圖像進行連通域處理，形成多個連通區(qū)域，所述連通域處 理是指將具有相同像素值的相鄰像素點連成一個連通區(qū)域；
[0010] (5)計算各個連通區(qū)域的面積，選取面積最大的連通區(qū)域作為估計的天空域，所述 面積為連通區(qū)域里像素點的個數；
[0011] (6)在Y通道含霧圖像上，利用上述估計的天空域的位置信息，找出Y通道含霧圖 像上與上述估計的天空域相同位置區(qū)域里的最大灰度值，將該最大灰度值作為天空光的估 計值。
[0012] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（1)中X的取值范圍為：10〈X〈30。
[0013] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（3)中的w的取值范圍為5〈w〈9。
[0014] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種天空光估計系統(tǒng)，包括候選天空域選取模 塊、二值化處理模塊、腐蝕處理模塊、連通域處理模塊、天空域估計模塊以及天空光估計模 塊，其中：
[0015] 候選天空域選取模塊，用于選取暗通道圖中亮度前X%區(qū)域作為候選天空域，其中 X為預設值；
[0016] 二值化處理模塊，用于對暗通道圖進行二值化處理，將上述選取的候選天空域置 1，非候選天空域置0,形成二值圖像；
[0017] 腐蝕處理模塊，用于對二值圖像的候選天空域進行腐蝕處理，以便濾掉面積較小 的白色亮物體，其中腐蝕處理的模板為w*w，w為預設的模板大小值；
[0018] 連通域處理模塊，用于對腐蝕處理后的二值圖像進行連通域處理，形成多個連通 區(qū)域，所述連通域處理是指將具有相同像素值的相鄰像素點連成一個連通區(qū)域；
[0019] 天空域估計模塊，用于計算各個連通區(qū)域的面積，選取面積最大的連通區(qū)域作為 估計的天空域，所述面積為連通區(qū)域里像素點的個數；
[0020] 天空光估計模塊，用于在Y通道含霧圖像上，利用上述估計的天空域的位置信息， 找出Y通道含霧圖像上與上述估計的天空域相同位置區(qū)域里的最大灰度值，將該最大灰度 值作為天空光的估計值。
[0021] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述候選天空域選取模塊中X的取值范圍為： 10<X<30〇
[0022] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述腐蝕處理模塊中的w的取值范圍為5〈w〈9。
[0023] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種基于天空光估計的圖像去霧方法，包括如 下步驟：
[0024] (1)讀入原始含霧圖像，所述原始含霧圖像處于RGB顏色空間；
[0025] (2)將原始含霧圖像從RGB顏色空間轉換到YUV顏色空間；
[0026] (3)在Y通道含霧圖像上利用暗原色先驗理論求取Y通道含霧圖像的暗原色通道， 得到暗原色通道圖像；
[0027] (4)利用權利要求1至3任一項所述估計天空光的方法估計出暗原色通道圖像的 天空光A;
[0028] (5)根據天空光以及暗原色通道圖像求取透射率傳輸圖;
[0029] (6)采用指導性濾波器對透射率傳輸圖做濾波平滑處理得到t(x);
[0030] (7)根據大氣散射公式求取Y通道復原圖像J(x)，公式為：I(x) =J(x)t(x)+A[l-t(x)]，其中I(x)為Y通道含霧圖像。
[0031] (8)對Y通道復原圖像J(x)進行亮度增強處理得到J(x) ' ；
[0032] (9)將亮度增強后的Y通道復原圖像J(x)'從YUV顏色空間轉換至RGB顏色空間， 得到最終去霧圖像。
[0033] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（3)具體為：
[0034] 對Y通道含霧圖像的每一個像素點求取其局部區(qū)域亮度的最小值，將這個最小值 作為該中心像素點的暗原色，對整幅圖像做最小值處理即得到暗原色通道圖像。
[0035] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（5)具體根據下式處理：
[0036]
【主權項】
1. 一種天空光估計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 選取暗通道圖像中亮度前X%區(qū)域作為候選天空域，其中X為預設值； (2) 對暗通道圖像進行二值化處理，將上述選取的候選天空域置1，非候選天空域置0， 形成二值圖像； (3) 對二值圖像的候選天空域進行腐蝕處理，以便濾掉面積較小的白色亮物體，其中腐 蝕處理的模板為w*w，w為預設的模板大小值； (4) 對腐蝕處理后的二值圖像進行連通域處理，形成多個連通區(qū)域，所述連通域處理是 指將具有相同像素值的相鄰像素點連成一個連通區(qū)域； (5) 計算各個連通區(qū)域的面積，選取面積最大的連通區(qū)域作為估計的天空域，所述面積 為連通區(qū)域里像素點的個數； (6) 在Y通道含霧圖像上，利用上述估計的天空域的位置信息，找出Y通道含霧圖像 上與上述估計的天空域相同位置區(qū)域里的最大灰度值，將該最大灰度值作為天空光的估計 值。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中X的取值范圍為：10〈X〈30。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)中的w的取值范圍為 5<w<9〇
4. 一種天空光估計系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括候選天空域選取模塊、二值化處理 模塊、腐蝕處理模塊、連通域處理模塊、天空域估計模塊以及天空光估計模塊，其中： 候選天空域選取模塊，用于選取暗通道圖中亮度前X%區(qū)域作為候選天空域，其中X為 預設值； 二值化處理模塊，用于對暗通道圖進行二值化處理，將上述選取的候選天空域置1，非 候選天空域置0,形成二值圖像； 腐蝕處理模塊，用于對二值圖像的候選天空域進行腐蝕處理，以便濾掉面積較小的白 色亮物體，其中腐蝕處理的模板為w*w，w為預設的模板大小值； 連通域處理模塊，用于對腐蝕處理后的二值圖像進行連通域處理，形成多個連通區(qū)域， 所述連通域處理是指將具有相同像素值的相鄰像素點連成一個連通區(qū)域； 天空域估計模塊，用于計算各個連通區(qū)域的面積，選取面積最大的連通區(qū)域作為估計 的天空域，所述面積為連通區(qū)域里像素點的個數； 天空光估計模塊，用于在Y通道含霧圖像上，利用上述估計的天空域的位置信息，找出Y通道含霧圖像上與上述估計的天空域相同位置區(qū)域里的最大灰度值，將該最大灰度值作 為天空光的估計值。
5. 如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述候選天空域選取模塊中X的取值范圍 為：10〈X〈30。
6. 如權利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述腐蝕處理模塊中的w的取值范圍為 5<w<9〇
7. -種基于天空光估計的圖像去霧方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 讀入原始含霧圖像，所述原始含霧圖像處于RGB顏色空間； (2) 將原始含霧圖像從RGB顏色空間轉換到YUV顏色空間； (3) 在Y通道含霧圖像上利用暗原色先驗理論求取Y通道含霧圖像的暗原色通道，得到 暗原色通道圖像； (4) 利用權利要求1至3任一項所述估計天空光的方法估計出暗原色通道圖像的天空 光A; (5) 根據天空光以及暗原色通道圖像求取透射率傳輸圖 (6) 采用指導性濾波器對透射率傳輸圖me)做濾波平滑處理得到t(x); (7) 根據大氣散射公式求取Y通道復原圖像J(x)，公式為：I(x) =J(x) t(x)+A[l-t(x)]，其中I(x)為Y通道含霧圖像。 (8) 對Y通道復原圖像J(x)進行亮度增強處理得到J(x)' ； (9) 將亮度增強后的Y通道復原圖像J(x)'從YUV顏色空間轉換至RGB顏色空間，得到 最終去霧圖像。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)具體為： 對Y通道含霧圖像的每一個像素點求取其局部區(qū)域亮度的最小值，將這個最小值作為 該中心像素點的暗原色，對整幅圖像做最小值處理即得到暗原色通道圖像。
9. 如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步驟（5)具體根據下式處理：
其中D(x)是以x為中心的局部區(qū)域，I(y)為局部區(qū)域里的Y通道含霧圖像，A為天空 光。
10. 如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步驟（8)中的亮度增強處理具體 為： 采用雙線性拉伸方法對Y通道復原圖像進行亮度拉伸。
【專利摘要】本發(fā)明基于暗原色先驗單幅圖像去霧理論提出一種新的天空光求取方法。天空光來自無窮遠處，圖像中最大亮度值的像素被看成是天空光，因而白色的汽車或者建筑物可能被誤認為天空光而影響圖像的去霧恢復效果。本發(fā)明求取天空光的步驟如下；1)通過提取出暗通道圖中較亮的區(qū)域作為候選天空域；2)將候選區(qū)進行二值化，候選區(qū)置1，非候選區(qū)置0，形成二值圖像；3)對候選連通區(qū)域二值圖進行腐蝕處理，濾掉面積較小的白色亮物體；4)對二值圖像進行連通域處理，形成多個連通區(qū)域；5)求取面積最大的候選連通區(qū)域，將此連通域作為天空域的估計；6)在Y通道圖像上將天空域的灰度最大值作為天空光的估計。
【IPC分類】G06T5-20
【公開號】CN104574325
【申請?zhí)枴緾N201410795004
【發(fā)明人】田巖, 許毅平, 文灝, 姜子倫, 夏棟
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月18日