论文 单幅图像雾移除方法比较研究-李鑫伟

1学号：0702214006单幅图像雾移除方法比较研究学院名称：物理与信息工程学院专业名称：电子信息工程年级班别：2007级电子1班姓名：李鑫伟指导教师：伍博2007年5月河南师范大学本科毕业论文河南师范大学本科毕业论文I单幅图像雾移除方法比较研究摘要单幅图像去雾技术是图像处理和计算机视觉领域共同关心的重要问题。实现去雾的方法多种多样，不同方法有着自己独特的特点。本论文针对基于先验信息的三种单幅图像去雾方法进行了较为详细的阐述，这三种方法是Fattal基于光的传播和场景目标表面反射率部分是局部不相关的这一假设提出的方法，Tan基于两个限制条件晴天下拍摄的图像（或增强后的图像）要比劣质天气下拍摄的图像的对比度强烈和空气光的参数主要取决于观察者到物体的距离，而且参数变化趋于平滑提出的方法，和He基于暗通道先验法则提出的方法。在此基础上从理论基础，实现方法，局限性，效果等一些细节分析比较了Fattal，Tan和He三种方法的特点，从而更加深刻的认识了单幅图像去雾的三种重要思想方法。关键词：图像；去雾；Fattal方法；Tan方法；He方法；比较河南师范大学本科毕业论文IIComparativestudyofsingleimagehazeremovalAbstractSingleimagehazeremovaltechnologyisanimportantissueofcommonconcerninthefieldofimageprocessingandcomputervision.Methodsfordehazingvariesdrasticallyandeachhasitsowncharacters.Inthispaper,wediscussandcomparethreeimportantdehazingmethodsbasedonpriorinformation.TheseincludeFattal'smethodbasedonlocallyunrelatedrelationshipbetweensurfaceshadingandtransmissionfunction,He'smethodbasedondarkchannelpriorandTan'smethodbasedontworestraints,whichshowsbelow:first,imageswithenhancedvisibility(orclear-dayimages)havemorecontrastthanimagesplaguedbybadweather;second,airlightwhosevariationmainlydependsonthedistanceofobjectstotheviewer,tendstobesmooth.Inthenextstepwecompareeachcharacterindetails,suchastheory,accumulation,limitationandoutcome,whichleadsustoaprofoundunderstandingofthesemethodsusedinsingleimagehazeremoval.Keywords:image;hazeremoval;Fattal'smethod;Tan'smethod;He'smethod;comparison河南师范大学本科毕业论文III目录摘要............................................................................................错误!未定义书签。ABSTRACT...................................................................................错误!未定义书签。1概论..........................................................................................................................11.1课题研究背景及意义.......................................................................................11.2课题的研究现状...............................................................................................12单幅图像去雾方法研究..........................................................................................32.1FATTAL图像去雾方法研究................................................................................32.2TAN图像去雾方法研究.....................................................................................42.3HE图像去雾方法研究.......................................................................................63方法总结比较..........................................................................................................93.1理论基础...........................................................................................................93.2实现方法.........................................................................................................103.3局限性.............................................................................................................103.4成果对比.........................................................................................................114结束语....................................................................................................................13参考文献......................................................................................................................14附录..........................................................................................................................15致谢..........................................................................................................................20河南师范大学本科毕业论文11概论1.1课题研究背景及意义近年来，随着计算机软硬件技术的不断发展，对有雾天气图像的景物影像进行去雾处理已经成为可能，这反过来又对去雾图像的清晰度和真实感提出了新的要求。在雾天情况下，由于场景的能见度降低，图像中目标对比度和颜色等特征被衰减，致使室外视频系统无法正常工作，因此需要在视频图像中消除雾气对场景图像的影响。事实上，图像去雾一直是计算机视觉领域研究的重要内容，其主要应用是视频监控、地形勘测和自动驾驶等领域，因此，自动性和实时性就成为了这些研究关注的重点。本文分析比较了基于先验信息的三种单幅图像去雾方法，对这些方法的优化和拓展起到了一定的推动作用。1.2课题的研究现状为了改善退化图像的质量，可以采用模拟和数字两种图像处理技术进行处理[1]，模拟图像处理利用光学处理和电子处理，特点是速度快实时性好，但是精度较差，灵活性差，很难有判别能力和非线性处理能力。而数字图像处理采用计算机或实时硬件处理，处理精度高，可以进行复杂的非线性处理，有灵活的变通能力。采用数字图像处理技术对退化图像进行处理的方法有很多种，一般分为两类：第一类是从图像呈现的低亮度和低对比度的特征考虑，采用增强的方法处理[2]，即图像增强。图像增强处理则不考虑退化原因，按照特定需要突出图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息。其主要目的是使处理后的图像对某种特定的应用来说，比未处理的图像更适用，也就是使处理结果更适合人类的视觉特性或机器的识别系统。从图像质量评价观点看，图像增强的目的是为了提高图像可辨识度，而图像质量的视觉评价是一种高度主观的过程。应该明确的是增强处理并不能增强原始图像的信息，其结果只能增强对某种信息的辨别能力，而这种处理有可能损失一些其他信息。第二类是基于物理模型的天气退化图像复原[3]方法，从物理成因的角度对大气散射[4]作用进行建模分析，实现场景复原，即图像复原。图像复原处理是考查图像退化原因，通过建立物理模型，重建和恢复退化前的图像，各种退化图像的复原都可归结为一种过程，就是把退化过程模型化，并且采用相反的过程进行处理，以便恢复出原图像。具体框架如下图1所示。本文介绍的方法属于图像复原的方法范畴。河南师范大学本科毕业论文2图1图像去雾理论框架河南师范大学本科毕业论文32单幅图像去雾方法研究2.1Fattal图像去雾方法研究Fattal所用到的物理模型如下:()()()(1())(1)IxJxtxAtxI是指观测到的图像的强度，J是景物光线的强度，A是全球大气光成分，t用来描述光线通过媒介透射到照相机过程中没有被散射的部分，去雾的目标就是从I中复原J,A,t。方程右边的第一项J(x)t(x)为直接衰减项，它描述的是景物光线在透射媒介中经衰减后的部分。t为透射率，在这里同样假设透射率只是景深d的函数，如下式（2）。A则是大气光成分，会导致景物颜色的偏移。()()(2)dxtxe其中β大气的散射系数，该式表明景物光线是随着景物深度d按指数衰减的。Fattal方法的中心思想[5]在于假设光的传播和场景目标表面反射率部分是局部不相关的，当然这种不相关有些限制条件，如信噪比等。然后利用高斯马尔科夫随机场[6]估计出场景的辐照度，并由此推导出投射图。对于对于大气光的估测，仍利用这两者的不相关（或最小相关性）来估测A。Fattal在分析中引进的重要参数物体表面反射因素R和反射光l，即令：J=Rl,则：()()()(1())(3)IxlxtxRAtx然后将矢量R在平行于A的方向和垂直于A的方向R'进行矢量分解，并引入η，其中有:(),/('*)(4)IxARA''*(5)lRl并将I在A和R'方向上投射，分别得：()'(