单幅图像的去雾新算法

提出了一种基于单幅图像的去雾新算法.首先把图像归一化后从RGB彩色空间转换到HSI彩色空间,对色调分量运用四叉树分割法进行分割图像;分割后图像的每一局部小方块可以认为具有相同的场景深度,从而可以对每一局部小方块估计出空气光.然后再对亮度分量运用雾天图像光学模型,从雾的物理特性上去除雾对图像的影响.最后再对图像的饱和度分量进行校正,得到复原后的图像.该算法的主要优点是速度快,且不仅可以应用于彩色图像,也可以适用于灰度图像.通过该算法与其它几种算法的实验结果进行分析和比较,表明该算法能有效恢复出清晰图像.     

一种基于单尺度Retinex的雾天降质图像增强新算法

雾图增强是智能管理系统的一个组成部分,在交通管理系统、公路收费站、轮船、飞机场等场合有着广泛的应用场景。比较了对数函数、双曲正切函数、反双曲正切函数对雾天降质图像亮度分量的调节能力,证明双曲正切函数具有比对数函数更宽的亮度调节能力。在此基础上提出一种基于单尺度Retinex的雾天图像增强方法。该算法首先把图像从RGB彩色空间转换到HSV空间,保持色调分量不变,采用中心可自适应调节的双曲正切函数增强图像的全局亮度,局部细节非线性变换处理进一步提高图像的局部对比度,运用线性拉伸对饱和度进行调整,实现颜色补偿。实验结果表明该方法去雾效果显著,且颜色自然。实验还结合方差、熵和算法运算时间等参数,对该算法与多尺度Retinex算法作比较,验证了该算法在图像对比度、细节增强方面的优越性,且算法速度快,具有应用于实时图像处理的能力。     

基于PCA的彩色印刷图像色彩分割算法

针对彩色图像的印刷过程中,原图像的色彩分割问题,提出了基于PCA（主成分分析）并结合其它典型彩色图像分割方法的新分割算法。该算法首先利用PCA算法把图像分解为主特征分量和残特征分量两分量图;然后采用二次分水岭算法对残特征分量图进行分割;利用K-Means算法对主特征分量图进行聚类初分割,接着对聚类初分割后的图像进行相似色彩区域融合;最后把分割后的两分量图的进行融合,得到最终的分割结果图。该算法可以应用于彩色印刷图像的色彩自动分割和彩色印刷过程的自动色彩控制中。     

基于图像分割和局部亮度调整的微光图像颜色传递算法

为提高微光夜视图像质量,提出一种基于图像分割和局部亮度调整的颜色传递算法。用简单线性迭代聚类结合K均值聚类对微光图像进行分割,在YCbCr颜色空间中利用子区域与参考图像每一个像素点上亮度的一致性,将匹配参考图像的颜色分量传递到目标图像的子区域,以目标图像纹理特征中对比度的值作为系数,调整目标图像子区域的亮度值,进行颜色空间转换并显示颜色传递结果。搭建了微光图像成像系统,进行了微光图像分割及完成了微光图像的颜色传递。结果表明,改进的分割算法将图像中不同的景物分割出来,得到的彩色微光图像的峰值信噪均值达到12.048 dB,比Welsh算法平均提高2.63 dB。     

基于FastICA的高光谱图像目标分割

针对高光谱图像目标识别与分类的应用背景,提出了一种基于快速独立成分分析的高光谱图像目标分割算法.通过引入虚拟维数对图像中的目标端元数量进行估计,利用基于非监督正交子空间投影的异常端元提取算法自动获取目标端元光谱,并将其作为快速独立成分分析的初始混合矩阵.采用最小噪声分量变换对原始数据进行降维,利用快速独立成分分析从降维后的主成分中依次提取出图像中的独立分量.最后,对各独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波,从而得到最终的目标分割结果.对AVIRIS型高光谱图像的实验结果表明,该方法可有效探测出图像中的目标,并可获得较好的分割结果.     

基于FastICA的高光谱图像目标分割

针对高光谱图像目标识别与分类的应用背景,提出了一种基于快速独立成分分析的高光谱图像目标分割算法.通过引入虚拟维数对图像中的目标端元数量进行估计,利用基于非监督正交子空间投影的异常端元提取算法自动获取目标端元光谱,并将其作为快速独立成分分析的初始混合矩阵.采用最小噪声分量变换对原始数据进行降维,利用快速独立成分分析从降维后的主成分中依次提取出图像中的独立分量.最后,对各独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波,从而得到最终的目标分割结果.对AVIRIS型高光谱图像的实验结果表明,该方法可有效探测出图像中的目标,并可获得较好的分割结果.     

结合Lab空间和单尺度Retinex的自适应图像去雾算法

针对暗通道先验算法在大片天空区域透射率估计过小及景深突变处出现Halo效应的问题,提出一种结合Lab空间和单尺度Retinex的图像去雾算法。将RGB图像转换至Lab空间提取出亮度分量,利用Canny算子对亮度分量提取边缘信息,丰富恢复图像细节;利用单尺度Retinex对非边缘区域进行高斯自适应滤波估计出优化后的亮度分量,获得“伪”去雾图像,得到粗略的透射率;利用交叉双边滤波优化透射率消除Halo效应;最后根据大气散射模型恢复出无雾图像。实验结果表明,该方法恢复出的图像细节明显,整体平滑,且对含大片天空区域的图像也有较好的恢复效果。     

基于Tetrolet变换的彩色水下图像清晰化算法

为了对水下图像传感器获取的彩色图像进行清晰化处理,提出一种lαβ色彩空间的图像清晰化算法。将捕获到的彩色水下图像进行暗原色初步复原后,映射RGB空间至lαβ三通道进行清晰化处理。采用Tetrolet变换方法处理亮度通道l,对包含大部分的轮廓、边缘等线性细节的高频分量采用Bilateral滤波器处理,对包含大部分能量的低频分量进行非局部均匀滤波处理,然后将处理后的高、低频分量进行反向Tetrolet变换得到复原的亮度通道图;对α、β通道的色彩偏差进行空间均值颜色校正,得到复原的α、β通道图。将处理后的非彩色通道图和彩色通道图反向变换至RGB通道,更新透射率,得到清晰化的彩色水下图像。实验结果表明,该算法对彩色水下图像的复原效果较好,在图像色彩的提升和边缘细节的描述方面效果显著。     

复杂背景下彩色数字图像分割算法研究

为了提高复杂背景下彩色数字图像分割的准确率,减少噪声对图像处理的干扰,尽可能的缩短运行时间,需要对复杂背景下彩色数字图像分割算法进行研究。当前图像分割算法在彩色数字图像分割的过程中,仅仅考虑了图像像素的亮度值,没有考虑其空间特征,存在计算的复杂性过大等缺陷,影响彩色数字图像处理效果。为此,提出了一种基于随机权重粒子群的复杂背景下彩色数字图像分割算法。该算法先采用多尺度均匀滤波方法,对复杂背景下彩色数据图像进行划分,其中包含噪声和不含噪声的像素点的亮度值、结构元素以及局部区域内的图像像素加权亮度密度特征。采用多段图分割获取彩色数字图像的优化分割,在平滑项中代入彩色数字图像梯度信息,对彩色数字图像分割结果中的弱边界进行剔除,从而实现准确的彩色数字图像分割。实验仿真证明,所提算法增加了彩色数字图像分割的对比度和信噪比,提高了复杂背景下彩色数字图像分割的准确性。     

基于主特征提取的Retinex多谱段图像增强

根据Retinex视觉模型中照射分量和反射分量的统计特性,融合多尺度主特征提取法、平台直方图算法、非局部均值滤波及局部细节增强算法可对多谱段图像进行有效增强.首先利用多尺度主特征提取法估计照射分量,对照射分量进行平台直方图操作,增强全局对比度及图像主结构边缘细节;然后将原图与照射分量相除获取反射分量,对反射分量进行非局部均值滤波抑制噪声,再进行基于局部方差的局部细节增强;最后将增强后的照射分量与反射分量相乘,即为增强图像.从主观和客观两方面,对X光图像、紫外图像、可见光图像、低照度可见光图像和红外图像实验结果的分析表明,本文算法能够有效地抑制图像噪声、增强图像对比度及细节、改善图像视觉效果,是一种通用有效的多谱段图像增强算法.     

基于全卷积神经网络的图像去雾算法

针对雾天环境下采集的图像对比度降低，饱和度下降以及色彩偏移问题，提出了一种基于全卷积神经网络的图像去雾算法。首先，提出的三个尺度的全卷积神经网络用来学习雾天图像与介质传输图之间的映射关系，逐步生成精细的介质传输图；其次，通过雾天图像引导滤波优化预测的介质传输图，使得图像边缘信息更加平滑；最后，根据暗原色先验理论估计大气光的值，通过大气散射模型恢复出无雾图像。该方法获得的无雾图像不但未造成图像中有用信息的损失，并且恢复的图像色彩自然。实验结果表明，该去雾算法在自然雾天图像和利用Middlebury Stereo Datasets合成的雾天图像上均优于其他对比算法，恢复的图像具有更好的对比度与清晰度。     

纹理分析在红外目标识别中的应用

若背景有雾时，红外图像中的目标会受到影响而变得比较模糊。雾的纹理是一种比较典型的自然纹理，利用灰度共生矩阵提取纹理特征图像的方法，对雾天获取的红外图像进行分析。通过实验证明了该方法对红外图像中（背景有雾时）目标的提取和识别有积极的作用。     

Image Defogging Framework Using Segmentation and the Dark Channel Prior

Foggy images suffer from low contrast and poor visibility problem along with little color information of the scene. It is imperative to remove fog from images as a pre-processing step in computer vision. The Dark Channel Prior (DCP) technique is a very promising defogging technique due to excellent restoring results for images containing no homogeneous region. However, having a large homogeneous region such as sky region, the restored images suffer from color distortion and block effects. Thus, to overcome the limitation of DCP method, we introduce a framework which is based on sky and non-sky region segmentation and restoring sky and non-sky parts separately. Here, isolation of the sky and non-sky part is done by using a binary mask formulated by floodfill algorithm. The foggy sky part is restored by using Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization (CLAHE) and non-sky part by modified DCP. The restored parts are blended together for the resultant image. The proposed method is evaluated using both synthetic and real world foggy images against state of the art techniques. The experimental result shows that our proposed method provides better entropy value than other stated techniques along with have better natural visual effects while consuming much lower processing time.     

全局参数自动估计的彩色图像偏振去雾方法

雾天环境下由于大气粒子对光线的散射作用导致成像质量下降, 针对雾霾等天气下图像退化问题, 提出了一种全局参数自动估计的彩色图像偏振去雾方法。利用不同角度的3幅偏振图像, 自动估算无穷远处的大气光和大气光的偏振度, 根据大气散射模型得到去雾后的图像。从RGB 3个色彩通道分别计算相应的参数, 使得算法适用于彩色领域。首先使用暗通道方法估计无穷远处的大气光和传输图, 并通过导向滤波对传输图优化; 然后基于大气光和目标光的不相关性, 采用全局搜索的方法估计大气光的偏振度; 最后根据大气散射模型恢复出清晰目标图像, 并利用对数变换进行增强。本文方法在雾霾天气下能够得到清晰的去雾图像, 且在浓雾天气下, 去雾图像的信息熵提升了约21%, 平均梯度提升了约2倍多, 标准差提升了约12%。实验结果表明, 本文方法较好地解决了人工取景估计参数不佳的问题, 提高了复原目标图像的清晰度和对比度, 可以用于彩色图像的目标探测与识别。     

基于FPGA的近红外实时透雾成像方法

针对雾天图像的退化现象,提出采用近红外波段成像和视频图像处理技术相结合的透雾成像方法。根据视频图像相邻两场直方图相似性特点,提出了改进的直方图均衡化算法处理雾天降质图像。改进算法简化系统结构,降低逻辑设计复杂度,节约了高速存储器部分硬件资源。算法经过MATLAB仿真验证,并在FPGA视频图像处理平台上硬件实现。实验证明改进算法增强雾天图像的同时满足标准视频图像处理25帧/秒的实时性要求,结合近红外波段透雾能力使雾天能见距离提高1.5倍以上。     

A new single-image fog removal algorithm based on physical model

Based on the physical model of atmospheric scattering and the optical reflectance imaging model, three major factors which affect the effect of fog removal are discussed in detail, dark channel phenomenon is explained via the optical model, and an approach for solving the parameter in the atmospheric scattering model is rigorously derived from a new perspective. Using gray-scale opening operation and fast joint bilateral filtering techniques, the proposed algorithm can effectively obtain the global atmospheric light and greatly improve the speed and accuracy of atmospheric scattering function solving. Finally, the scene albedo is recovered by inverting this model. Compared with existing algorithms, complexity of the proposed method is only a linear function of the number of input image pixels and this allows a very fast implementation. The simulation results show that the processing time of images with a resolution of 576*768 is only 1.7 s; Results on a variety of outdoor foggy images demonstrate that the proposed method achieves good restoration for contrast and color fidelity, resulting in a great improvement in image visibility.     

近红外与可见光双通道传感器信息融合的去雾技术

为了对雾霾天气下的图像进行去雾处理,多幅图像去雾算法是常用的方法之一。多幅图像去雾算法也有多种形式,部分算法面临硬件实现困难、获取途径受限或者可实施性弱等问题,而且多幅图像比对处理时常常涉及图像配准,造成算法的实时性差、计算复杂度高等问题。针对以上问题,提出的算法为多幅图像去雾提供了新的思路,基于双目传感器硬件架构能够同时捕获近红外和可见光图像,将近红外传感器图像作为新的数据源,近红外传感器能够在一定程度上穿透雾霾,在雾天捕获可见光传感器无法捕获的图像细节,而且硬件实现简单。可见光图像的颜色信息较丰富,近红外传感器图像对近处场景细节的描述能力较好,捕获的图像稍加校正就能实现完全配准,将近红外图像与可见光图像进行融合,在去雾的同时,可以将近红外传感器图像中的原始细节提取融合到彩色可见光传感器图像中,得到边缘、轮廓等细节信息更加丰富的去雾图像。基于上述思路,借助近红外传感器对边缘细节的描述能力和可见光传感器对颜色信息的反映能力,提出了一种基于近红外与可见光双通道传感器图像融合的去雾算法。首先,将彩色可见光图像转换到HIS彩色空间,分别得到亮度通道图像、色调通道图像和饱和度通道图像。先将其亮度通道图与近红外图像进行融合去雾处理。采用非下采样Shearlet变换（NSST）进行分解,对得到的高频系数进行双指数边缘平滑滤波器保边滤波处理,对低频系数进行反锐化掩蔽处理,通过融合规则和反向变换得到新的亮度通道图像。然后,在对可见光图像的色彩处理中,建立饱和度图的退化模型,采用暗原色原理对参数进行估计,得到估计的饱和度图。最后,将新的亮度通道图像,估计的饱和度图像和原色调图像反映射到RGB空间得到去雾图像。为了验证新算法的有效性,特选取四组雾天拍摄的真实近红外图像与可见光图像进行融合去雾处理,将融合结果与其他两种去雾方法对于彩色可见光图像的去雾效果进行比较。实验结果表明,该算法在提高图像的边缘对比度和视觉清晰度上有较好的效果。并提出将近红外传感器图像作为新的数据源,采用双通道图像融合方法进行去雾处理,为图像去雾提供的新的技术思路是可行的。该算法的优势在于：首先提出将图像融合方法与去雾算法相结合,得到了新的去雾算法的思路。将彩色可见光图像转换到HSI色彩空间,将其亮度通道图与近红外图像采用非下采样Shearlet变换方法进行融合处理,在去雾的同时,可以将近红外传感器图像中的原始细节提取融合到彩色可见光传感器图像中,使得去雾图像中的边缘、轮廓等细节信息更加丰富。其次,提出了在图像去雾算法中采用新的数据源--近红外传感器图像,从图像处理的角度,近红外传感器能够在一定程度上穿透雾霾,对于近处场景细节的描述能力较好,而且硬件实现简单,捕获的图像稍加校正就能实现完全配准,为后续的融合去雾算法带来了便利,为图像去雾提供了新的技术途径和路线。再次,采用的是多幅图像去雾算法,该算法基于双目传感器获取图像,可见光图像的颜色信息较丰富,近红外图像对于近处场景细节的描述能力较好,相对于单幅图像去雾算法,有更好的效果。最后,将可见光传感器图像映射到其他色彩空间,对于每个通道的图像根据其特征有针对性地进行处理。可见光图像的亮度通道图和近红外图像的处理采用了图像融合和增强处理,对于可见光图像饱和度通道的处理采用了图像复原算法,可以从整体上提升去雾效果,对细节特征有了进一步增强。该算法为图像去雾提供了新的技术途径和路线。     

Improved wavelet transform algorithm for single image dehazing

Image dehazing to single color image remains a longstanding challenge in image processing. Because of light scattered by the suspended particles in the atmosphere, photographs taken in the foggy day look gray and lack visibility. How to improve the capacity for the clear image's structures and colors. Toward this objective, we explored the improved Wavelet Transform algorithm on image haze removal. Here, we propose a improved algorithm on image haze removal. Our method is to first apply wavelet transform to image dehazing, and then use Retinex (SSR) algorithm to enhance the color performance and to improve the color effect after applying wavelet transform to image dehazing, and finally get the desired haze-removed image. Experimental results show that this algorithm is effective and practical, and the effect is ideal.     

红外伪彩色图像的去彩化研究

为适应人眼的感知能力,伪彩色编码技术常被用于处理红外探测系统输出的灰度图像。较于灰度图像,计算机对彩色图像处理所需的存储量与计算量较大。鉴于某些红外设备只提供伪红外图像的输出,因此伪红外图像的去彩色化算法成为该文的主要研究目标。除利用最大值分解、平均值与光亮度法3种常见灰度化算法对伪红外图像的处理外,直接对伪彩色图像进行解码的方式也在文中被用于红外图像的去彩色化。实验基于上述两类方法,对线性与正弦非线性彩虹伪彩色图像的去彩色化进行了研究,并对处理后图像的质量进行了比较。实验结果表明,常规灰度算法处理后的伪彩色图像质量较差,而线性伪彩色图像经解码处理后可完全恢复出原图,实现0均方差;对于正弦非线性算法,虽然存在由量化误差引起的损失,但与原图像比仍有非常低的均方差（0.309 4）与高的峰值信噪比（101.356 0）。