一种基于暗原色通道先验的雾效数字滤镜方法

摘要

一种基于暗原色通道先验的雾效数字滤镜方法，属于计算机应用技术领域。采用大气散射模型应用于雾霾天气除雾的模型，并采用暗原色通道先验原理，对图像进行操作，包括暗原色图像提取、估计大气光、透射率转换、优化补偿、雾效模拟等步骤。本发明针对现有模型的局限性提出了解决方案，又以透视感这一概念为基础，将传统的除雾方法改为雾效滤镜，得到不同雾效的有雾/无雾场景，解决了现有技术的不足。该方法仅需要物理模型和数据计算，就能够对物理模型进行修正操作，时间上和空间上都大大减少，提高了其通用性。

主权项

一种基于暗原色通道先验的雾效数字滤镜方法，采用大气散射模型应用于雾霾天气除雾的模型，并采用暗原色通道先验原理，对图像进行操作；其特征包括以下步骤：第一步，暗原色图像提取在图像上设置一个滑动窗口，得到该窗口内内像素的RGB最小值并将这个窗口内像素值设置为该最小值；然后将窗口以1像素为单位移动，直至处理完整个图像，得到单通道的暗原色图像；第二步，估计大气光并修正色差使用大气光估计的方法来得到大气光并修正雾对不同颜色光散射效应的不同而造成的色差；将暗原色图像中0.1％最亮的点取出，并将其对应位置的源图像中的像素点作为一个集合o(x)，取o(x)中RGB三通道的像素最大值，根据散射定律对其进行系数修正，公式如下： I max _ r = ( 1 - η r ) max y ∈ o ( x ) ( H r ( y ) ) - - - ( 1 ) I max _ g = ( 1 - η g ) max y ∈ o ( x ) ( H g ( y ) ) - - - ( 2 ) I max _ b = ( 1 - η b ) max y ∈ o ( x ) ( H b ( y ) ) - - - ( 3 ) 其中Hr，Hg和Hb是源图像的RGB三通道，Imax_r，Imax_g和Imax_b分别是大气光的RGB值，参数ηr，ηg和ηb分别是RGB的修正参数；第三步，透射率转换根据步骤(2)得到大气光的RGB值，再结合暗原色通道先验原理及大气散射模型公式(4)、(5)，推导得到透射率推导公式(6)，具体如下：t(x)＝e‑βd(x)          (4)I(x)＝J(x)t(x)+A(1‑t(x))                    (5)其中t为透射率，e是自然常数，β为透射系数，d为距离，I为源图像，J为无雾图像，A为大气光；推导透射率推导公式： t ( x ) = 1 - I dark ( x ) A - - - ( 6 ) 其中Idark为暗原色图，A为大气光，t为得到的粗略的透射率图；第四步，优化补偿使用引导滤波)的方法对该透射率图进行优化；优化后对其进行天空补偿，修正暗原色通道先验原理不适用的天空等明亮区域的色差，通过人工交互的方法获取天空补偿阈值α，此阈值作为区分天空等明亮区域与实际景物的景物的分界值，利用天空补偿公式：t＝2α‑t    (7)对透射率图进行天空补偿，得到修正的透射率图；第五步，雾效模拟设定一个不同雾效场景下的能见度，当不同浓度雾图像同时达到最大能见度时，它们的透射率相同，依据公式(4)推导： t n ( x ) = t h ( x ) Dvis h / Dvis n - - - ( 8 ) 其中tn(x)和th(x)分别为模拟雾图像和源图像的透射率，Dvish和Dvisn分别为人工交互设定的源图像和模拟雾图像的能见度，再将不同雾效下的场景联系起来，根据公式(5)推导的公式：N(x)＝(H(x)tn(x)‑A(tn(x)‑th(x)))/th(x)         (9)其中N(x)是所求的模拟雾图像，H(x)是源图像，tn(x)和th(x)分别为模拟雾图像和源图像的透射率，A是大气光；将得到的有雾场景的透射率图，源图像以及源图像的透射率图代入公式(9)计算得出模拟的有雾图像；最后再对图像进行适当的曝光修饰以改善其视觉效果。