一種基于暗通道先驗(yàn)的遙感圖像霧霾仿真方法
【專利說(shuō)明】-種基于暗通道先驗(yàn)的遙感圖像霧讚仿真方法 (-)技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于暗通道先驗(yàn)的遙感圖像霧霸仿真方法，屬于圖像處理的技術(shù) 領(lǐng)域。 (二）【背景技術(shù)】：
[0002] 衛(wèi)星遙感是空間信息網(wǎng)絡(luò)的重要平臺(tái)，作為國(guó)家實(shí)時(shí)獲取和處理空間信息的重要 基礎(chǔ)設(shè)施，是安全監(jiān)視、應(yīng)急救援、軍事作戰(zhàn)等重大領(lǐng)域中場(chǎng)景信息獲取的關(guān)鍵手段。目前， 遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境、水文、氣象、地質(zhì)、軍事等領(lǐng)域。隨著遙感影像的幾何級(jí)增加， 其質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要性也日益增長(zhǎng)。根據(jù)遙感圖像的不同質(zhì)量，選擇不同的在軌處理方式及 下傳的優(yōu)先等級(jí)，可有效提高遙感數(shù)據(jù)的在軌處理和實(shí)時(shí)傳輸能力，同時(shí)也有利于提高遙 感數(shù)據(jù)自動(dòng)解譯的準(zhǔn)確性。在影響遙感圖像質(zhì)量的各種因素中，霧霸遮擋問(wèn)題嚴(yán)重影響著 人眼對(duì)圖像數(shù)據(jù)的判讀，同時(shí)也影響了遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)解譯。本發(fā)明針對(duì)遙感圖像的霧霸 遮擋問(wèn)題進(jìn)行研究，現(xiàn)階段對(duì)帶有霧霸的遙感圖像的研究大都集中于如何有效的去除霧， 而對(duì)霧霸程度的評(píng)價(jià)問(wèn)題卻鮮有提及。在遙感圖像的獲取中，由于沒(méi)有無(wú)霧圖像進(jìn)行參考， 各種去霧算法的驗(yàn)證一般是通過(guò)人眼觀察來(lái)完成。而對(duì)于霧霸程度評(píng)價(jià)方面的研究更是受 困于沒(méi)有霧濃度的真實(shí)值。
[0003] 本發(fā)明將用于圖像去霧領(lǐng)域的暗通道先驗(yàn)引入霧霸仿真體系中，首先通過(guò)霧天成 像模型和暗通道先驗(yàn)提取霧霸圖像的透射圖，然后W該透射圖為基礎(chǔ)，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，代入 到霧天成像模型中即可產(chǎn)生帶有不同程度霧霸的遙感圖像。由本發(fā)明仿真出來(lái)的霧霸圖 像，與實(shí)際霧霸圖像在視覺(jué)上極為相似，而且提供了霧霸的真值，既可用于去霧算法的有效 性評(píng)估，也可用于霧濃度評(píng)價(jià)方法的研究和驗(yàn)證。 (H)
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 1、目的；本發(fā)明的目的在于提供一種基于暗通道先驗(yàn)的遙感圖像霧霸仿真方法， 為遙感圖像霧霸去除W及霧霸程度評(píng)價(jià)提供參考真值。該方法可W仿真得到不同分布W及 不同程度的霧霸遙感圖像，可W定量的評(píng)估質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的優(yōu)劣W及去霧算法的好壞，在 霧霸圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)W及去霧方法的研究中起著至關(guān)重要的作用。
[0005] 2、技術(shù)方案；本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006] 描述霧天成像的模型為：
[0007] I(X) =J(X)t(X)+A(1-t(X))
[000引其中，I(x)是獲取的圖像，為霧霸圖像，J(x)為霧霸圖像對(duì)應(yīng)的清晰圖像，A是全 局大氣光，t(x)描述的是進(jìn)入相機(jī)未被散射的光線，即為透射圖，X表示像素的在圖像中的 位置。在圖像去霧方法中，已知I(X)，通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)估計(jì)全局大氣光A和透射圖t(X)，然后 對(duì)霧天成像模型推導(dǎo)得到：
[0009]
[0010] 最后將I(X)，A和t(x)代入即可得到去霧后的圖像。與此相反，霧霸圖像仿真則 是已知清晰圖像，通過(guò)調(diào)整大氣光和估計(jì)透射圖，然后代入到霧天成像模型從而得到不同 分布和不同程度的霧霸圖像。因此，在霧霸圖像仿真中，關(guān)鍵在于估計(jì)透射圖，而透射圖的 估計(jì)則需要先對(duì)全局大氣光進(jìn)行估計(jì)，本發(fā)明是一種基于暗通道先驗(yàn)的遙感圖像霧霸仿真 方法，該方法包括如下個(gè)步驟：
[0011] 步驟1;遙感圖像數(shù)據(jù)獲取
[0012] 本步驟中，遙感圖像均截取自谷歌地球佑oogleEarth)。具體操作如下；
[0013] ①打開(kāi)谷歌地球軟件，選定截圖區(qū)域；
[0014] ②單擊文件一保存一保存圖像，即可獲得遙感圖像。
[0015] 在谷歌地球中按上述操作截取若干清晰圖像和霧霸圖像，其中霧霸圖像包括不同 分布的霧W及不同程度的霧，圖像尺寸統(tǒng)一即可，本發(fā)明中，圖像尺寸均為600X500。
[0016] 步驟2 ;計(jì)算圖像的暗通道圖
[0017] 對(duì)于R、G、BS個(gè)通道的遙感圖像，暗通道圖計(jì)算方法如下：
[0018] ①對(duì)于每一個(gè)像素，比較它的R、G、B=個(gè)通道的值，將最小值作為該像素處的值， 對(duì)整幅圖像操作后得到灰度圖；
[0019] ②在該個(gè)灰度圖中，用一個(gè)15X15的滑動(dòng)窗口作為局部區(qū)域從圖像的左上到右 下進(jìn)行遍歷，計(jì)算該區(qū)域的最小值，W該值作為整個(gè)區(qū)域的值便可得到暗通道圖。
[0020] 步驟3 ;全局大氣光A的估計(jì)
[0021] 根據(jù)暗通道先驗(yàn)，每一個(gè)局部區(qū)域都很有可能存在至少一個(gè)顏色通道的亮度值 很低甚至接近于0。在暗通道圖中取灰度值最大的前300個(gè)像素，一般為圖像總像素?cái)?shù)的 0. 1%，在該些像素對(duì)應(yīng)的原圖即I(x)的位置中，分別挑選出R通道，G通道和B通道的最 大值，然后取該=個(gè)值的均值記作A。，那么全局大氣光A可通過(guò)下式進(jìn)行估計(jì)：
[0022] *
[002引步驟4;透射圖提取
[0024] ①透射圖粗略估計(jì)。利用暗通道先驗(yàn)即每一個(gè)局部區(qū)域都很有可能存在至少一個(gè) 顏色通道的亮度值很低甚至接近于0,再結(jié)合霧天成像模型推導(dǎo)出透射圖估計(jì)公式：
[0025]
[0026] 式中，r表示霧霸圖像R、G、B立個(gè)通道中的任一通道，Q(X)為局部區(qū)域。根據(jù) 該公式，代入已估計(jì)出的全局大氣光和已知的霧霸圖像I，即可求得粗略的透射圖；
[0027] ②透射圖精細(xì)化。通過(guò)步驟①估計(jì)的透射圖具有塊效應(yīng)，為了去除塊效應(yīng)使透射 圖更加精細(xì)，在本發(fā)明中我們使用了引導(dǎo)濾波，其濾波核為：
[002引
[0029] 其中I為引導(dǎo)圖，可W是灰度圖，也可W用彩色圖像，表示W(wǎng)像素k為中屯、的 窗口，I?I表示該窗口內(nèi)的像素?cái)?shù)量，Wk和相分別為引導(dǎo)圖像I在窗口 "k內(nèi)的均值和方 差，e為調(diào)整參數(shù)。在本發(fā)明中，引導(dǎo)圖I為沒(méi)有任何信息的灰度值為0的圖像，目的是為 了避免原圖像中地物紋理的影響。用Wy(I)對(duì)粗略估計(jì)出的透射圖進(jìn)行濾波，則經(jīng)過(guò)濾波 后的透射圖不再有塊效應(yīng)，同時(shí)又能反映霧霸的分布。
[0030] 步驟5 ;霧霸遙感圖像的仿真
[0031] 透射圖提取后便可根據(jù)霧天成像模型進(jìn)行霧霸圖像仿真，即從實(shí)際的帶霧圖像中 估計(jì)出透射圖t，將其與一幅清晰的圖像J一同代入霧天成像模型，并調(diào)整全局大氣光A，即 可在清晰圖上加入霧霸，得到霧霸仿真圖。遙感圖像中的霧霸有不同的分布W及不同的濃 度，因此在仿真的圖像可W分為兩類，根據(jù)實(shí)際需求選擇即可。具體實(shí)施過(guò)程如下：
[0032] (1)同一分布不同濃度的霧霸圖像仿真
[0033] 在霧天成像模型中，清晰圖像J已知，透射圖為從現(xiàn)有霧霸遙感圖像中估計(jì)得到 的，它決定了仿真圖像中霧霸的大致分布，在該步驟中是固定不變的。全局大氣光A則決定 了仿真圖像中霧霸的濃度，在本步驟中為變量，取值范圍為[180,255]。通過(guò)調(diào)整全局大氣 光A值的大小從而得到帶有不同濃度霧的圖像。
[0034] (2)不同分布的霧霸圖像仿真
[0035] 在透射圖提取步驟中，可W從現(xiàn)有的多個(gè)霧霸遙感圖像中提取出不同的透射圖， 由于透射圖反映了霧霸的分布情況，因此在該一步中，只需固定同一幅清晰圖像，而將不同 的透射圖代入到霧天成像模型中，即可在同一幅清晰圖中加入不同分布的霧。需要注意的 是，全局大氣光A在該里可設(shè)為固定值，也可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，一般A取220。
[0036] 3、優(yōu)點(diǎn)及功效
[0037] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)仿真霧霸遙感圖像，可W使霧霸濃度等級(jí)已知，無(wú)需通過(guò)人 工辨識(shí)進(jìn)行分類，從而為圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)W及去霧算法研究提供霧霸真值，簡(jiǎn)單有效，省時(shí)省 力。
[003引根據(jù)不同需求，通過(guò)調(diào)整全局大氣光A和透射圖t可W仿真出各種具有不同分布 和不同濃度的霧霸遙感圖像，該些仿真霧霸圖像與真實(shí)霧霸圖像在視覺(jué)上極為相似，可用 于圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)、評(píng)估去霧算法性能等研究。 (四）
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1本發(fā)明所述仿真方法的流程圖。 (五）
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)