基于暗原色融合和维纳滤波的单幅图像去雾-杨爱萍.pdf
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1、第49卷 第6期 2016年6月 天津大学学报(自然科学与工程技术版) Journal of Tianjin University(Science and Technology) Vol.49 No.6Jun. 2016 收稿日期:2014-11-06;修回日期:2015-01-23. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61372145,61472274,61201371). 作者简介:杨爱萍(1977 ),女,博士,副教授. 通讯作者:杨爱萍,. 网络出版时间:2015-03-12. 网络出版地址:http:/ DOI:10.11784/tdxbz201411021 基于暗原色融合和维纳滤
2、波的单幅图像去雾 杨爱萍,刘华平,何宇清,白煌煌,宋曹春洋 (天津大学电子信息工程学院,天津 300072) 摘 要:针对在雾霾等恶劣天气下捕获的户外场景图像对比度降低、颜色失真等问题,对基于暗原色先验的去雾方法进行改进,应用小波变换将块暗原色和点暗原色进行融合后,得到新的透射率估计,并利用自适应维纳滤波细化透射率同时提出了四分加权法重新估计大气光,使得大气光更具鲁棒性实验结果表明,本文方法不仅能有效恢复清晰的无雾图像,而且能够大幅提升运行速度,便于实时应用 关键词:图像去雾;暗原色融合;小波变换;透射率估计;四分加权法 中图分类号:TP391 文献标志码:A 文章编号:0493-2137(2
3、016)06-0574-07 Single Image Dehazing Based on Dark Channel Fusion and Wiener Filtering Yang Aiping,Liu Huaping,He Yuqing,Bai Huanghuang,Songcao Chunyang (School of Electronic Information Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China) Abstract:Haze is one of the major factors that cause color d
4、istortion and contrast loss of the outdoor image. To re-duce these effects,an improved dehazing method based on dark channel prior is proposed in this paper. A new trans-mission is estimated after the fusion of patch-based dark channel prior and pixel-based dark channel prior using wave-let transfor
5、m,and adaptive wiener filter is introduced to further refine the transmission estimation. Simultaneously,in order to make the result more robust,we propose a method called weighted quadtree subdivision to estimate atmos-pheric light. Comparative experimental results demonstrate that the proposed met
6、hod is effective not only in restoring the clear images,but in speeding up the computation,which is appropriate for real time application. Keywords:image dehazing;dark channel fusion;wavelet transform;transmission estimation;weighted quadtree subdivision 雾天降质图像清晰化一直是计算机视觉领域研究的重要内容,简单有效的图像去雾对提高视觉系统的可
7、靠性和鲁棒性具有非常重要的意义当前的图像去雾方法主要分为两类1-2:一是基于图像增强的方法,该方法不考虑图像退化的真正原因,去雾后的图像容易出现信息丢失和色彩失真;二是基于物理模型的方法,即基于大气散射规律建立图像退化模型,并能充分利用图像的先验知识,具有内在的优越性,是该领域的研究热点 为了适应各种应用场合,基于单幅图像的去雾算法成为当前的研究热点Tan3观察到无雾图像相比有雾图像具有g3101高的对比g2318,g6447g6398g3107大化图像g2124g6537对比g2318g6393到去雾的g4395的g877该方法g2450g4244了g815物理模型g700g3514g132
8、0g6440射g4106,g2409到的无雾图像g7079色g6398于g7119和,g3071g3718g4681g1322g1834g790g4214g3061g6338效应Fattal4g987g6009g6440射g4106g704g5866g7014g2693g2389g2124g6537不相g1057,g6611用g4055立成分分g3169g868计g6440射g4106,g877是该方法对于g7079色信息要g3514g6358高,g1834理g3651雾图像g3024g855g790g4214g6358大失真Tarel g47495利用g4017g3443的g726g984g
9、3801g3592对大气g5105散g1125g2972g6408g5856g868计,并g4934合色g6075g3041射g2051现图像去雾g877该方法g1311g2972g6358g1842,不易g6075g2974,g1358g3024在g3071g3718g4681g1322的g1244域不能g5516g2409g5345g1885的去雾效g3174为了g5964g1092g700g6423g6855g7076,He g47496提出了一种基于g3084原色先验的去雾方法,g1g1g1 2016年6月 杨爱萍等:基于暗原色融合和维纳滤波的单幅图像去雾 575 对一g5321g26
10、49g1840图像g4212g5295g3651雾场g3071g1704具有g5345g1885的去雾效g3174g15 g877是g1060g2124g6924性在于算法g1836g3133g2318高,g1834理g6451g2318g2596g15 g6634对g6407g782g6855g7076,g2021g5095g834相g4952提出了一系g1140g2951g6408算 法7-9g15 g3124g2976在g3084原色先验去雾方法的基g4520g700,g6634对点g3084原色和g1712g3084原色g3514g1320g6440射g4106的g5028g6941,
11、提出g2097二g5095g6408g5856g5815合重g2995g868计g6440射g4106,g3944后g6611用g5292适应g4964g4905g3801g3592对g6440射g4106g6408g5856g4921化,g1358g3024提出g1661分g1194g3134法对大气g1039g6408g5856g868计g2051验g4934g3174g5866g3033,g3124g2976方法不g808g5516g2409了g5345g1885的去雾效g3174,g5098g708能g1844大幅g2318提高算法的g6401g5856g6451g2318 1 暗原色
12、先验去雾算法 1.1 雾天图像退化模型 大气散射模型g2848g6423了雾天图像的退化g6398g46536,10,即 g1g1g1 () ()() 1 ()Ix Jxtx tx A=+g1(1)g2351g726:()Ix为观察到的雾图像强g2318; ()J x 为不受空气介质干扰的g2051际g3071物g1039线强g2318;A为大气g1039;()tx为场g3071g6440射g4106; ()()J xtx为直接衰减项; 1 ( )Atx 为大气g1039成分图像去雾的g4395的是g815已知图像 ()Ixg726恢g1836 ()J x 1.2 基于暗原色先验的去雾方法 g
13、3084原色先验是g6447g6398统计观察大量g2649g1840无雾图像提出的:在大g1842g2972无雾图像的非天空g1244域,某g782像素g5295少有1个g7079色g6447道具有非常小的强g2318g984,g1060g3107小强g2318g984趋于 0,即对于无雾图像 ()J x ,g1060g3084原色先验dark()J x 可g5866示为 g1g1g1dark, , ()( ) min ( min ( ( ) 0ccrgbyxJx Jy=g1(2)g2351g726: ()cJ y 为 ()J x 的某一个g7079色g6447道的亮g2318g984;()
14、 x 为以x为g726心的方形g1244域 首先g987g6009大气g1039A给定,g708g987g6009g1358g1244域g1712内g6440射g4106t恒定,在g1244域 () x 内对g2351(1)两边g6408g5856g3107小g984 g3801g3592,并应用g3084原色先验理论g2409到 g1g1g1, , ()() 1 () min(min( ()ccrgbyxvx A tx I y= = g1(3)由于A总是正g984,g2409到g6440射g4106g868计为 g1g1g1, , ()() ()() 1 min(min( ) 1ccrgby
15、xIy vxtxAA= = g1 (4)g2351g726 ()vx为大气g5105散g1125g2972g1060g726,大气g1039A的g868计方法是:g5516g1320g3084原色g7260.1%,亮g2318g3107大的像素,g6407g782像素所对应的原图 ()Ixg726强g2318g3107大的像素点作为大 气g1039 直接应用g2351(4)g2409到的g6440射g4106恢g1836图像g855g790g4214g3061g6338伪g2389,g2976献6g6611用软抠图方法对g6440射g4106g6408g5856优化,g3107后g2097优化
16、后的g6440射g4106代入g2351(1),g2409到清晰的无雾图像 2 本文改进算法 2.1 基于暗原色融合和自适应维纳滤波估计透射率 2.1.1 基于暗原色融合的透射率估计 基于g3084原色先验的去雾方法是在g2124g6537图像g1712内g868计g6440射g4106,g6407样g2409到的g6440射g4106在g1712内是恒定的g877在g2051际图像g1834理g726,g1712内的g6440射g4106并不总是恒定不g1322的,尤g1060是在g3718g2318g790g4214大跳跃的边缘,g855导致g6440射g4106图出现严重的g1712效应
17、(见图 1(b),使恢g1836图像g790g4214g3061g6338伪g2389(见图 1(c)g2976献6g6611用软抠图技术对g6440射g4106g6408g5856优化,虽g3944g2409到了g5345g1885的去雾效g3174,g877计算量巨大,g3024间消g5105严重g2976献5基于g726g984g3801g3592g3514g1320大气g5105散g1125g2972g2051现去雾,虽能减少算法g6401g5856g3024间,g877不能彻底去除g3061g6338伪g2389 g3084原色先验理论以统计g2021为基g4520,当图像g1712
18、g6358大g3024,g1712g726包含g3084像素的概g4106也g855g6358高,g3084原色先验理论成立g877当g1712g6398大g3024,g1712g726g6440射g4106恒定的g987g6009失效,导致色彩畸g1322因此,g1712的大小是g3084原色先验去雾算法g726一个很g1057键的因素11 g1(a)有雾图像 (b)块暗原色估计透射率 (c)图(b)对应清晰图像 (d)点暗原色估计透射率 (e)图(d)对应清晰图像 图1 块效应和晕轮伪影 Fig.1 Block artifacts and halos phenomenons g1g1g1
19、576 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第49卷 第6期 He g47496提出的方法是在图像g2124g6537g1712内g3514g1320g3084原色(即g1712g3084原色),该方法出现g1712效应的原因是g6407g782g1712的边缘包含一g782错误的高频信息换言之,g6611用g1712g3084原色g2409到的g6440射g4106g726,低频g6537分接近g2051际的g6440射g4106,g877g1358g3024也带来许g1842g1712边缘g4749高频信息(见图 1(b),g815g5098导致了g1836原图像g726的g3061g6
20、338伪g2389(见图1(c)g1g1g1Tarel g47495提出的方法相当于在单像素点g1834g3514g1320g3084原色(即点g3084原色),场g3071g726的g4921节g2097g855g2409到保留,g708不g790g4214g1712效应,也就是说使用点g3084原色g2409到的g6440射g4106g726,高频信息接近真g2051的g6440射g4106g877是g6407种情况下,低频g6537分的g868计不g1844精确(见图 1(d),恢g1836图像g855g790g4214严重的色彩失真(见图1(e) 基于以g700分g3169,g1712
21、g3084原色的低频和点g3084原色的高频分别接近于真g2051g3084原色的低频和高频,g3124g2976分别g3514g1320雾天图像的g1712g3084原色和点g3084原色,g3944后对两种g3084原色图g6408g5856小g3592g1322换,并g2097g1712g3084原色的低频系g2972和点g3084原色的高频系g2972g6408g5856g5815合,作为要恢g1836图像g3084原色的小g3592g1322换,g3107后g6408g5856小g3592反g1322换g2409到空间域g3084原色图,g6408g5098g2409到g6440射g
22、4106g868计具体算法流g4653见图2 g1图2 暗原色融合估计透射率框图 Fig.2 Block diagram of the estimated transmission mapusing the dark channel fusion 2.1.2 基于局部自适应维纳滤波的透射率细化 g3084原色g5815合g2409到的g6440射g4106虽g3944g6358 He g47496提出的方法g3101具鲁棒性,g877在g5815合g6398g4653g726不可避免g855引入一g782错误的g4921节信息因此,g3124g2976g6611用g2124g6537g5292
23、适应g4964g4905g3801g359212对g6440射g4106g6408g5856g4921化 g987g6009大气g1039A已知,由于错误的g4921节信息是在g3084原色g5815合的g6398g4653g726引入的,分g3169g2351(3)可知,g5815合后g2409到的g3084原色可看做是大气g5105散g1125g2972和错误g4921节信息之和 g1g1g1 () () ()dx vx nx=+g1(5)g2351g726: ()dx为g5815合后的g3084原色;()nx为错误的g4921节信息g987g6009 ()vx和 ()nx是相互g4055
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