恶劣天气图像复原技术研究
恶劣天气图像复原技术研究
暗通道优先规律在对单幅户外雾天场景图像方面有很好的效果，但是该方法在处理分辨率较高的图像时对存储和计算资源的要求很大，同时对于部分场景会得不到准确的结果。本文仍然基于暗通道优先,根据观察试验,得到透射梯度优先规律, 并结合多分辨率处理,实现了改进的图像去雾新方法。经过大量实验和理论分析, 透射梯度优先不仅显著减小了去雾处理时的计算量,它所引起的优化方法和参数变化还可能提升透射图计算的准确性。实验结果证明,新方法仅仅需原方法1/8左右的计算时间与存储空间,就能够得到与原方法相一致甚至更准确的去雾结果。
关键词: 数字图像处理；去雾；暗通道先验；对比度；透射梯度优先 HM000090
Matlab引擎(Engine)是一组Matlab提供的接口函数，它支持C、C++、Fortran等计算机语言。通俗地讲，Matlab引擎函数是Matlab提供的一系列程序集合，用户可以在其它的编程环境中实现对Matlab的控制，将Matlab作为一个计算引擎使用，让其在后台运行，这就简化了前台用户程序繁重的设计任务。
当用户使用Matlab引擎时，应用程序会打开一个新的Matlab进程。Matlab 引擎函数在应用程序与Matlab进程间起一个交接作用， 可以控制它完成应用程序和进程的数据通讯。在Windows中是通过ActiveX来实现的。 Matlab引擎有以下主要的应用功能:
l) 可以调用Matlab首屈一指的数学函数库进行程序的运算。我们知道C 语言中的矩阵运算是非常繁复的，对自己编制程序的人来说很困难，最后的运行效率也不高。但是Matlab可以快捷、容易地完成矩阵运算，并其运算效率相当高，也就是说通过Matlab计算引擎可以使矩阵运算很轻松地完成。
2) 可以为一个特定的任务构建一个完整的系统。可以在前台采用C 语言来编制程序，而后台的计算任务使完全交给Matlab来完成的，这种前后台结合的方式最大程度地简化了应用程序的开发流程。
3.1 大气散射模型
根据McCartney提出的大气散射理论[42]，图像成像光照主要由两部分组成：一部分来自于拍摄场景中物体表面的反射，这部分光线在传输过程中被悬浮微粒散射从而而衰减；而另一部分是太阳光发生散射而到达镜头的部分。这两部分光照可分别用入射光衰减模型[43]与大气光成像模型[44]进行描述，它们是雾天图像出现对比度下降、模糊等现象的基础，同时也是本文去雾算法的出发点。大气散射模型如图3.1
太阳光在传播过程中同样被散射，其中部分光线被拍摄镜头接收，这一部分光照被称为大气光。在图像成像的过程中，大气光起到了光源的作用，如图3.1 中的虚线所示。远处的太阳光传播到被拍摄物体附近并发生散射，在传输路径上对光强积分即为拍摄镜头所接收到的大气光强：
后被接收的强度;则表示大气光散射后被摄像机接收的部分。雾天条件下， 空气中充斥着大量小水滴， 光线被大量散射， 景物反射的光线衰减严重， 因而公式(3.4) 中的大气散射光项变得很大，而物体光线项变得很小，所以接收到的景物信息变少， 并且被大气散射光干扰而变得模糊，同时， 散射的光线趋于白色，因此图像的对比度也相应的下降。
第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及其意义 1
1.2 课题的研究现状 2
1.2.1 图像恢复方法 3
1.2.2 基于图像增强的方法 6
1.3 本文的主要内容及论文结构 7
第2章 数字图像处理基础 8
2.1 数字图像基础 8
2.1.1 数字图像概念 9
2.1.2 数字图像的获取、显示和输出 10
2.1.3 数字图像的基本类型及存储格式 10
2.1.4 数字图像处理 12
2.2 Mat1ab实验平台 13
2.2.1 Matlab 简介 14
2.2.2 Mat1ab计算引擎 15
第3章 雾天图像特性 16
3.1 大气散射模型 16
3.2 雾化图像的对比度特性 19
第4章 暗通道优先去雾算法 20
4.1 引言 20
4.2 暗通道优先去雾方法 20
4.2.1 透射梯度优先法则 21
4.2.2 多分辨率计算 24
4.2.3 算法描述 25
4.3 实验结果和比较 26
4.3.1 视觉效果 26
4.3.2 计算速度和消耗 28
第5章 总结和展望 30
5.1 本文工作总结 30
5.2 工作展望 30
参考文献 31
致谢 35
暗通道优先规律在对单幅户外雾天场景图像方面有很好的效果，但是该方法在处理分辨率较高的图像时对存储和计算资源的要求很大，同时对于部分场景会得不到准确的结果。本文仍然基于暗通道优先,根据观察试验,得到透射梯度优先规律, 并结合多分辨率处理,实现了改进的图像去雾新方法。经过大量实验和理论分析, 透射梯度优先不仅显著减小了去雾处理时的计算量,它所引起的优化方法和参数变化还可能提升透射图计算的准确性。实验结果证明,新方法仅仅需原方法1/8左右的计算时间与存储空间,就能够得到与原方法相一致甚至更准确的去雾结果。
关键词: 数字图像处理；去雾；暗通道先验；对比度；透射梯度优先 HM000090
Matlab引擎(Engine)是一组Matlab提供的接口函数，它支持C、C++、Fortran等计算机语言。通俗地讲，Matlab引擎函数是Matlab提供的一系列程序集合，用户可以在其它的编程环境中实现对Matlab的控制，将Matlab作为一个计算引擎使用，让其在后台运行，这就简化了前台用户程序繁重的设计任务。
当用户使用Matlab引擎时，应用程序会打开一个新的Matlab进程。Matlab 引擎函数在应用程序与Matlab进程间起一个交接作用， 可以控制它完成应用程序和进程的数据通讯。在Windows中是通过ActiveX来实现的。 Matlab引擎有以下主要的应用功能:
l) 可以调用Matlab首屈一指的数学函数库进行程序的运算。我们知道C 语言中的矩阵运算是非常繁复的，对自己编制程序的人来说很困难，最后的运行效率也不高。但是Matlab可以快捷、容易地完成矩阵运算，并其运算效率相当高，也就是说通过Matlab计算引擎可以使矩阵运算很轻松地完成。
2) 可以为一个特定的任务构建一个完整的系统。可以在前台采用C 语言来编制程序，而后台的计算任务使完全交给Matlab来完成的，这种前后台结合的方式最大程度地简化了应用程序的开发流程。
3.1 大气散射模型
根据McCartney提出的大气散射理论[42]，图像成像光照主要由两部分组成：一部分来自于拍摄场景中物体表面的反射，这部分光线在传输过程中被悬浮微粒散射从而而衰减；而另一部分是太阳光发生散射而到达镜头的部分。这两部分光照可分别用入射光衰减模型[43]与大气光成像模型[44]进行描述，它们是雾天图像出现对比度下降、模糊等现象的基础，同时也是本文去雾算法的出发点。大气散射模型如图3.1
太阳光在传播过程中同样被散射，其中部分光线被拍摄镜头接收，这一部分光照被称为大气光。在图像成像的过程中，大气光起到了光源的作用，如图3.1 中的虚线所示。远处的太阳光传播到被拍摄物体附近并发生散射，在传输路径上对光强积分即为拍摄镜头所接收到的大气光强：
后被接收的强度;则表示大气光散射后被摄像机接收的部分。雾天条件下， 空气中充斥着大量小水滴， 光线被大量散射， 景物反射的光线衰减严重， 因而公式(3.4) 中的大气散射光项变得很大，而物体光线项变得很小，所以接收到的景物信息变少， 并且被大气散射光干扰而变得模糊，同时， 散射的光线趋于白色，因此图像的对比度也相应的下降。第1章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及其意义 1
1.2 课题的研究现状 2
1.2.1 图像恢复方法 3
1.2.2 基于图像增强的方法 6
1.3 本文的主要内容及论文结构 7
第2章 数字图像处理基础 8
2.1 数字图像基础 8
2.1.1 数字图像概念 9
2.1.2 数字图像的获取、显示和输出 10
2.1.3 数字图像的基本类型及存储格式 10
2.1.4 数字图像处理 12
2.2 Mat1ab实验平台 13
2.2.1 Matlab 简介 14
2.2.2 Mat1ab计算引擎 15
第3章 雾天图像特性 16
3.1 大气散射模型 16
3.2 雾化图像的对比度特性 19
第4章 暗通道优先去雾算法 20
4.1 引言 20
4.2 暗通道优先去雾方法 20
4.2.1 透射梯度优先法则 21
4.2.2 多分辨率计算 24
4.2.3 算法描述 25
4.3 实验结果和比较 26
4.3.1 视觉效果 26
4.3.2 计算速度和消耗 28
第5章 总结和展望 30
5.1 本文工作总结 30
5.2 工作展望 30
参考文献 31
致谢 35
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