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基于透射率融合与多重导向滤波的单幅图像去雾

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光学学报 2018年第12期38卷 104-114页

作者：杨爱萍王海新王金斌赵美琪鲁立宇天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为了避免图像去雾后细节模糊和噪声放大,将图像分解为结构层和纹理层,并只对其结构层进行去雾。基于频域滤波思想提出透射率融合方法,解决了现有透射率估计方法中普遍存在的块效应问题和复原图像中存在的晕轮伪影问题。针对透射率优化... 详细信息

为了避免图像去雾后细节模糊和噪声放大,将图像分解为结构层和纹理层,并只对其结构层进行去雾。基于频域滤波思想提出透射率融合方法,解决了现有透射率估计方法中普遍存在的块效应问题和复原图像中存在的晕轮伪影问题。针对透射率优化过程中存在的计算量大、透射率平滑与细节保持之间难以平衡等问题,提出了多重导向滤波透射率优化方法。同时,针对目前大气光估计易受图像中白色物体的影响,提出自适应大气光估计方法。实验结果表明,该算法得到的图像去雾彻底、细节清晰、颜色自然,不仅有效抑制噪声和晕轮伪影,而且显著提高场景对比度、饱和度。

关键词：图像处理图像去雾图像分解透射率融合多重导向滤波自适应大气光估计

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基于透射率融合与优化的水下图像复原

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第10期52卷 1033-1044页

作者：杨爱萍杨炳旺曲畅王建天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 国家海洋技术中心天津300112

由于光与水体介质的相互作用的固有复杂性,所拍摄的水下场景图像发生降质退化,这导致诸如水下图像的低对比度以及色彩失真等问题.尤其是对于污染较为严重或者高浑浊度水体下获得的图像,典型的水下图像处理方法有一定的性能缺陷,而其根... 详细信息

由于光与水体介质的相互作用的固有复杂性,所拍摄的水下场景图像发生降质退化,这导致诸如水下图像的低对比度以及色彩失真等问题.尤其是对于污染较为严重或者高浑浊度水体下获得的图像,典型的水下图像处理方法有一定的性能缺陷,而其根本原因在于其无法对于散射造成的色彩失真问题进行有效处理,同时也未充分考虑对比度信息带来的影响.因此,本文提出了一种透射率融合与优化方法,并由此给出有效的水下图像复原方案.该方案考虑各通道在水下衰减差异性,建立了基于颜色衰减差异的水下图像形成模型,其场景环境光由成像光源计算得到.首先,利用色彩校正算法来处理水下图像存在的色彩失真的问题,并利用灰度色调算法对场景光源的颜色进行估计;接着,基于水下场景约束,提出水体透射率估计方法,同时基于对比度先验提出对比度透射率估计算法;然后,将上述两种透射率进行融合,并使用多方向梯度加权正则化进行细化;最后,通过求解基于颜色衰减差异的水下图像形成模型复原图像.通过多次实验,所提出的基于透射率融合优化的水下图像复原方法得到的图像不仅具有相对自然的颜色,同时保持着良好的细节和对比度信息.

关键词：透射率融合色偏校正水下图像复原水下图像形成模型

基于天空检测和透射率融合的图像去雾算法研究

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基于天空检测和透射率融合的图像去雾算法研究

作者：赵小彦河南大学

学位级别：硕士

雾霾等天气状况严重影响室外信息系统采集到的图像质量,使其对比度降低、颜色失真、细节模糊,不仅影响人类视觉上的美观,还影响图像中信息的采集,导致计算机系统无法对图像进行后期处理。现如今,雾霾等恶劣天气频发,室外获取的不清晰图... 详细信息

雾霾等天气状况严重影响室外信息系统采集到的图像质量,使其对比度降低、颜色失真、细节模糊,不仅影响人类视觉上的美观,还影响图像中信息的采集,导致计算机系统无法对图像进行后期处理。现如今,雾霾等恶劣天气频发,室外获取的不清晰图像增多,图像清晰化已成为一门重要的研究课题。为减少有雾图像对图像识别系统的影响,保证室外系统的正常运行,本文在基于物理模型去雾算法基础上对暗原色理论去雾算法进行深入研究,并针对暗原色图像去雾算法局限性提出改进方法,具体研究内容如下:(1)针对暗原色图像去雾算法中大气光值误判问题,提出一种天空检测方法,在天空区域求取大气光值,改善大气光值误判现象。首先通过分析天空检测必要性,利用大津法进行天空分割,为弥补大津法在分割时的不足,使用加权灰度化方式增强有雾图像细节,再结合阈值调整策略、形态学腐蚀和高斯模糊进行天空与非天空区域的粗分割。其次通过分析快速导向滤波的边缘保持特性,利用快速导向滤波对天空区域粗分割结果进行细分割。最后提出一种判断机制,判断图像中是否存在天空,将天空区域的暗原色均值作为大气光值。实验结果表明,本文方法能获得较为精细的天空区域,所估计的大气光值更精确与实际情况较符合,算法时间效率较高。(2)针对暗原色图像去雾算法中天空区域透射率失效问题,提出一种透射率融合机制,改善图像去雾的整体效果。首先通过分析图像亮度信息与场景深度的关系,利用一种亮度模型代替天空区域深度信息,应用于天空区域透射率的求解,将带有亮度信息的透射率和暗原色透射率进行融合。其次通过分析透射率融合时特征,确定融合权重图的来源,以及利用Sigmoid函数对融合权重图进行自适应调整。最后通过快速导向滤波细化融合后的透射率图,再反演雾天图像退化模型进行图像去雾。实验结果表明,本文方法图像去雾的效果良好,从主观效果和客观指标两方面分析说明本文方法具有普适性和鲁棒性。

关键词：图像去雾暗原色去雾理论大气光值天空检测透射率融合

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一种包含天空区域的图像去雾方法

激光与光电子学进展 2022年第2期59卷 158-166页

作者：郭彤颖李娜孙亮亮王海忱沈阳建筑大学信息与控制工程学院辽宁沈阳110168

针对大多数去雾算法对含有大面积天空区域的图像去雾效果不佳的问题,提出一种改进的暗通道先验去雾方法。首先,根据图像梯度信息分割出天空区域,在天空区域分割的基础上,结合大气光参考像素的高亮度和平滑性设定判别公式,合理地估计大... 详细信息

针对大多数去雾算法对含有大面积天空区域的图像去雾效果不佳的问题,提出一种改进的暗通道先验去雾方法。首先,根据图像梯度信息分割出天空区域,在天空区域分割的基础上,结合大气光参考像素的高亮度和平滑性设定判别公式,合理地估计大气光值。其次,根据暗通道值的不同,采用分段线性函数对可调参数进行动态修正,解决过度去雾造成的局部阴影。然后,将亮通道模型和改进的暗通道先验模型估计的透射率进行融合,并采用导向滤波进行边缘优化。最后,结合大气散射模型,通过亮度补偿和对比度拉伸得到去雾图像。实验结果表明,改进方法能够有效地改善图像失真,增强图像的对比度和细节,尤其在保持天空区域的视觉真实性方面具有优势。

关键词：图像处理图像去雾天空识别暗通道先验亮通道透射率融合

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结合天空分割和金字塔融合的多尺度图像去雾

计算机工程 2023年第12期49卷 205-213,223页

作者：肖新杰李志伟张楠楠孙雨晴周武能上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620 东华大学信息科学与技术学院上海201620

针对传统图像去雾方法存在对比度下降、色调偏暗和过度曝光的问题,提出一种结合天空分割和金字塔融合的多尺度图像去雾方法。利用含有梯度的分水岭算法分割天空区域,使用均值滤波计算天空区域得分,运用最高得分所对应最亮天空区域的平... 详细信息

针对传统图像去雾方法存在对比度下降、色调偏暗和过度曝光的问题,提出一种结合天空分割和金字塔融合的多尺度图像去雾方法。利用含有梯度的分水岭算法分割天空区域,使用均值滤波计算天空区域得分,运用最高得分所对应最亮天空区域的平均灰度值获取更准确的大气光值。为了规避传统图像去雾方法估计的透射率强度值偏低或整体强度值偏高造成的负面影响,提出一种基于图像金字塔的多尺度透射率融合方法,通过拉普拉斯图像金字塔分别将暗通道先验和具有曝光特性的图像去雾算法估计的透射率图分解为多个尺度,采用感知融合方法融合拉普拉斯图像金字塔的每一层,重建融合透射率图的高斯图像金字塔,高斯图像金字塔的最底层即为融合后的透射率图;最后将所估计的大气光值和融合透射率代入大气散射模型,复原无雾图像。实验结果表明,所提去雾方法能够避免所复原无雾图像中存在的对比度下降、色调偏暗和过度曝光的问题,在SOTS室内外合成测试集上的PSNR和SSIM分别比排名第2的对比方法高出8.13%、0.59%和1.75%、1.57%。

关键词：图像去雾天空分割透射率融合大气光值图像金字塔

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图像去雾算法研究及其FPGA的实现

图像去雾算法研究及其FPGA的实现

作者：徐运钱中国矿业大学

学位级别：硕士

近年来,计算机视觉技术的发展推动了图像处理技术在自动驾驶、智慧城市等领域的广泛应用。在这些应用中,去雾技术作为一种重要的图像增强技术,能够提高含雾图像的清晰度和视觉效果,使图像更易于分析和处理。基于图像复原和深度学习的去... 详细信息

近年来,计算机视觉技术的发展推动了图像处理技术在自动驾驶、智慧城市等领域的广泛应用。在这些应用中,去雾技术作为一种重要的图像增强技术,能够提高含雾图像的清晰度和视觉效果,使图像更易于分析和处理。基于图像复原和深度学习的去雾算法成为主流,而基于深度学习的算法需要大量的计算资源和训练时间,难以满足低功耗处理的需求。FPGA(Field Programmable Gate Array)具有并行处理、低延迟、低功耗、实时性强等优势,能够在保证高性能的同时,降低功耗和成本。因此,本文对去雾算法及其FPGA实现进行研究,主要工作有:(1)研究大气散射模型和雾天成像模型,得到影响基于图像复原算法去雾效果的关键参数,分别是大气光值和透射率。研究暗通道先验算去雾算法,分析如何求解大气光值和透射率,并分析大气光值和透射率是如何影响去雾效果。(2)针对大气光值易受高亮光源影响和计算量大、透射率求解精度低的问题,本文基于暗通道先验去雾算法改进大气光值求解,并提出一种透射率融合算法优化透射率。针对大气光值的改进,本文使用高斯滤波器得到有雾图像的低频分量,对图像低频分量使用四分法得到大气光值所在区域,对该区域的有雾原图求解平均值得到精确大气光值。改进后的大气光值求解方法,解决了有雾图像中白色高亮物体影响大气光值估计的问题,降低了大气光值求解的运算量。针对透射率改进,研究分析各向异性高斯滤波和单尺度Retinex求解透射率,通过实验分析对比,对暗通道透射率和单尺度Retinex透射率进行融合,得到精细透射率。改进后的透射率求解方法,提高了去雾效果,改善了去雾后图像的色彩效果。(3)在本文提出的改进算法基础上,结合FPGA硬件平台,对去雾算法进行模块化设计,对灰度图像求解模块、图像低频分量求解模块、大气光值求解模块、暗通道图求解模块、暗通道透射率求解模块、单尺度Retinex透射率求解模块和图像复原模块进行RTL(Register Transfer Level)设计和仿真验证,最后将本文的算法部署到FPGA上进行实现,并对去雾效果、资源消耗、功耗进行分析。(4)为了验证本文提出的改进算法的有效性,与其它三种基于图像复原的去雾算法通过MATLAB仿真,进行实验对比,从主观和客观两个维度进行去雾效果评价。为了验证本文算法在FPGA上的部署效果,与其它三种常用的应用平台进行对比,从去雾效果、功耗、速度等指标进行对比,实验表明本文的算法和实际部署都表现优异。在对640*480图像进行去雾时,仅耗时21ms,整个系统功耗仅为5.7W,去雾效果好,满足速度快、低功耗、实时性强的工程应用需求。

关键词：图像去雾暗通道先验高斯滤波透射率融合 FPGA

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基于特征保持的降质图像增强方法研究

基于特征保持的降质图像增强方法研究

作者：杨俊霞江西理工大学

学位级别：硕士

随着计算机的普及和数字信息处理技术的高速发展,人们对图像质量的要求不断提高。数字图像因其记录快捷、信息量大及传输便利等优点成为计算机时代最重要的信息载体。然而,数字图像在获取过程中常常受到散射介质(如雾、霾及水体等)的影... 详细信息

随着计算机的普及和数字信息处理技术的高速发展,人们对图像质量的要求不断提高。数字图像因其记录快捷、信息量大及传输便利等优点成为计算机时代最重要的信息载体。然而,数字图像在获取过程中常常受到散射介质(如雾、霾及水体等)的影响,使得到的图像不同程度地存在细节丢失、颜色失真、对比度降低等问题,从而造成图像的降质,如此将影响特征提取、目标识别和分类等后续图像处理操作。为此,文中以降质图像中常见的含雾图像和水下图像为研究对象,进行了基于特征保持的降质图像增强研究。主要研究成果如下:(1)针对传统基于暗通道先验的去雾方法容易导致边缘区域和天空区域分别出现伪影和颜色失真的问题,文中结合三个区域的透射率融合提出了一种去雾新方法。首先,将含雾图像分为非天空、天空及过渡边缘三个区域。其次,在暗通道结合块透射率估计和点透射率估计分别对非天空区域和过渡边缘区域进行融合,并利用梯度域引导滤波做平滑处理,得到了融合后的暗通道透射率。然后,合成天空区域的亮度透射率和暗通道融合透射率,以获得最终的透射率。最后,利用得到透射率和改进后的大气光值对图像复原,以获得去雾结果图像。实验结果显示,文中方法与传统暗通道方法相比明显更优,能够在有效抑制边缘伪影的同时较好地保留含雾图像的颜色特征。与传统方法相比,文中方法得到的去雾结果图像在主观视觉评价和客观评价方面均能取得更好的结果。(2)针对由光的散射和吸收现象而导致水下拍摄的图像可见度差、颜色特征衰减以及对比度特征降低等问题,文中结合小波域滤波和多尺度Retinex提出了一种水下图像增强新方法。首先,将原始水下图像由RGB空间转换为HSI空间,并对饱和度S分量和亮度I分量进行小波域滤波处理,得到滤波后的图像。其次,将滤波后的图像从RGB空间变换到HSV空间,并对饱和度S分量、明度V分量分别采用约束直方图拉伸策略和基于双边滤波的多尺度Retinex策略进行处理,得到颜色特征校正后的图像。最后,引入变分对比度和饱和度增强模型对颜色特征校正后的图像进行去模糊处理,以获得最终的结果图像。实验结果表明,与传统水下图像增强方法相比,文中所提方法在有效保持水下图像颜色特征的同时较好地提高了图像的对比度和清晰度,图像的整理质量表现较优。

关键词：图像去雾暗通道理论透射率融合水下图像增强特征保持

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基于自适应小波融合的单幅图像去雾算法

光电子．激光 2020年第3期31卷 318-325页

作者：刘策杨燕兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

为了更加有效地去除场景中的雾气,提出了一种基于小波变换的自适应透射率融合算法,对图像中的远景部分和近景部分分别进行处理,并将两者有效结合。首先基于雾天成像原理,构建二次衰减模型近似估计出远景和近景的透射率,进而将两者进行... 详细信息

为了更加有效地去除场景中的雾气,提出了一种基于小波变换的自适应透射率融合算法,对图像中的远景部分和近景部分分别进行处理,并将两者有效结合。首先基于雾天成像原理,构建二次衰减模型近似估计出远景和近景的透射率,进而将两者进行小波变换,将得到的低频信息采用自适应高斯函数进行加权融合,而高频信息则采用取较小值的方案减小纹理效应;再根据小波逆变换获得透射率的最优解;最后结合大气散射模型和改进的大气光值复原出清晰的无雾图像。实验结果表明,该方法可以有效提高雾天场景清晰度,与已有算法相比,对天空区域的色彩还原准确,并且具有相对较低的时间复杂度。

关键词：场景深度二次衰减模型透射率融合小波变换高斯函数

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一种包含天空区域图像的去雾方法

激光与光电子学进展 2021年

作者：郭彤颖李娜孙亮亮王海忱沈阳建筑大学信息与控制工程学院

由于冬季雾霾的影响，室外图像通常会失去对比度和保真度,针对大多数去雾算法对含有大面积天空区域的图像去雾效果不佳，提出了一种改进的暗通道先验去雾方法。首先，根据图像梯度信息分割出天空区域，在天空分割的基础上，结合大气光... 详细信息

由于冬季雾霾的影响，室外图像通常会失去对比度和保真度,针对大多数去雾算法对含有大面积天空区域的图像去雾效果不佳，提出了一种改进的暗通道先验去雾方法。首先，根据图像梯度信息分割出天空区域，在天空分割的基础上，结合大气光参考像素的高亮度和平滑性设定判别公式，合理地估计大气光值。其次，根据暗通道值不同，采用分段线性函数对可调参数进行动态修正，解决过度去雾造成的局部阴影。然后，将亮通道模型和改进的暗通道先验模型估计的透射率进行融合，并采用导向滤波进行边缘优化。最后，结合大气散射模型，通过亮度补偿和对比度拉伸得到去雾图像。实验结果表明，改进的方法能够有效地改善了图像失真，增强了图像对比度和细节，尤其在保持天空区域的视觉真实性方面具有优势。

关键词：图像去雾天空识别暗通道先验亮通道透射率融合