霧天圖像與視頻的清晰復(fù)原技術(shù)研究

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1、分類號密級碩士學(xué)位論文題目：霧天圖像與視頻的清晰復(fù)原技術(shù)研究英文并列題目：ResearchonImageandVideoClearnessRestorationTechnologyinHazeWeather研究生：劉冬冬專業(yè)：信號與信息處理研究方向：圖像與視頻信號分析處理導(dǎo)師：陳瑩（教授）指導(dǎo)小組成員：學(xué)位授予日期：2016年6月答辯委員會主席：于鳳芹江南大學(xué)地址：無錫市蠡湖大道1800號二○一六年六月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工。盡我所知作及取得的研究

2、成果，除了文中特別加標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含本人為獲得江南大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名分矣各：１日斯：ｗｋ年Ｘ月３。日關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解江南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：江南大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，光許論文被簽巧和借閱，可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容

3、編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進巧檢索、，可Ｗ采用影印縮印或掃描等復(fù)制手段保存、一匯編學(xué)位論文，并且本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相致。保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。簽名＾：糾冬餐導(dǎo)師簽名：７４日期（Ｇ０日；ｙ年Ｓ月言摘要摘要計算機視覺系統(tǒng)廣泛運用于室外工作場景，如監(jiān)控視頻、城市交通、遙感成像、導(dǎo)彈目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)等，并在日常生活和國家安全防范等領(lǐng)域發(fā)揮著很重要的作用。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)室外視覺系統(tǒng)對環(huán)境特別敏感，需要清晰準(zhǔn)確的提取圖像的輪廓細節(jié)特征，尤其是在霧霾天條件下，采集到的

4、圖像因受到大氣粒子的散射作用而嚴(yán)重衰減，存在模糊不清、對比度降低、顏色失真等退化現(xiàn)象，直接限制了室外視覺系統(tǒng)的正常運行。因此在霧天條件下，如何自動、實時的消除霧氣對圖像及視頻幀中場景目標(biāo)的影響已經(jīng)成為圖像處理的研究熱點。本文主要研究了霧天圖像和視頻的清晰化復(fù)原技術(shù)，介紹了圖像與視頻去霧算法中用到的基礎(chǔ)理論，包括大氣散射物理模型、暗原色先驗理論和Retinex算法等技術(shù)。在現(xiàn)有傳統(tǒng)去霧算法研究分析的基礎(chǔ)上，提出兩種單幅圖像去霧方法，對霧天圖像去霧進行了深入研究，同時針對視頻去霧過程中出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象和

5、播放速度慢的問題，提出了快速視頻去霧方法，本文的具體研究工作內(nèi)容如下：（1）研究了單幅圖像去霧算法。在霧霾天氣條件下，由于大氣粒子的散射作用導(dǎo)致拍攝的圖像嚴(yán)重退化。針對這一問題，提出一種簡單有效的單幅圖像去霧算法。首先設(shè)計暈光估計算子檢測出暈光區(qū)域，其次，在暗原色先驗條件下，根據(jù)暈光估計值獲取區(qū)域自適應(yīng)融合權(quán)值，進而在不同區(qū)域采用不同的加權(quán)方式融合基于單像素估算的透射率與基于塊狀區(qū)域的透射率以獲取精確透射率，有效的消除了暈光效應(yīng)。最后增加參數(shù)限制透射率過低，保護了天空區(qū)域。實驗表明本文算法復(fù)原的圖

6、像清晰自然，尤其是在前景與背景的邊緣處及天空區(qū)域能夠達到很好的去霧效果。（2）針對在霧霾天氣下拍攝到的圖像，存在對比度降低、顏色失真、模糊不清等嚴(yán)重退化現(xiàn)象進一步深入研究，提出一種新的單幅圖像去霧算法。首先從大氣物理模型出發(fā)，用白平衡修正圖像的顏色，針對基于物理模型的圖像去霧估計透射率出現(xiàn)的暈光效應(yīng)和基于非物理模型的Retinex算法去霧不徹底，處理過程中出現(xiàn)的色彩失真現(xiàn)象，提出將物理模型和Retinex算法相結(jié)合估算透射率，提高了運算效率，有效避免了暈光現(xiàn)象和色彩失真。其次用自適應(yīng)權(quán)值融合計算大

7、氣光，分割出圖像的亮區(qū)域和暗區(qū)域自適應(yīng)估算融合權(quán)值，使獲得的大氣光值更加合理精確。實驗分析表明本文算法簡單有效，復(fù)原出的圖像清晰自然，達到了很好的去霧效果。（3）研究了快速視頻去霧算法。針對將單幅圖像去霧算法逐幀處理直接運用到視頻上會使視頻播放速度慢且相鄰幀會出現(xiàn)閃爍這一問題，提出新的視頻去霧算法。首先基于大氣散射物理模型，提出運用自適應(yīng)平均估算方法計算視頻幀的大氣光值，消除了由于相鄰幀圖像大氣光值估計的不同而出現(xiàn)的閃爍現(xiàn)象；其次對傳統(tǒng)的引導(dǎo)濾波進行自適應(yīng)加權(quán)，使改進的自適應(yīng)引導(dǎo)濾波具有銳化突出邊

8、緣特性和濾波效果，從而根據(jù)改進的自適應(yīng)引導(dǎo)濾波能將濾波輸入圖像按照引導(dǎo)圖像的輪廓邊緣特征進行濾波輸出的特性，提出用自適應(yīng)引導(dǎo)濾波更新視頻當(dāng)前幀的透射率，得到適用于其他視頻幀的通用透I摘要射率，實現(xiàn)快速視頻圖像去霧。實驗分析表明本文算法減少了視頻去霧的運行時間，消除了閃爍現(xiàn)象，提高了運算效率。關(guān)鍵詞：去霧；物理模型；暗原色先驗；Retinex算法；透射率；大氣光IIAbstractAbstractComputervisionsystemsarewidelyusedinoutdoors