[发明专利]一种退化视频图像复原技术

说明书

技术领域

本发明属于视频图像领域，涉及到对退化的视频图像进行复原的一种方法，应用于视频图像处理、视频图像显示和视频图像传输。

背景技术

摄像机在良好天气条件下，拍摄的画面清晰明亮，但在城市的灰霾、山中的雨雾、北方沙尘暴等恶劣天气状况下或者光线比较暗的环境中拍摄的画面就会变得模糊不清。我们把这种情况下获得的视频图像称为原始清晰图像的退化图。为了获得复原的原始清晰图像，人们提出了许多图像处理技术，按照技术发展的历程，总共有3代技术；

第一代：直方图均衡化技术

1)该技术处理的中心思想是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间扩展为全部灰度范围内的均匀分布图。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同；换句话说，直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成均匀分布直方图分布。这种方法通常用来增加许多图像的局部对比度，尤其是当图像的有用数据的对比度相当接近的时候。通过这种方法，亮度可以更好地在直方图上分布。

2)该技术优点是，对于背景和前景都太亮或者太暗的图像非常有用，比如可以带来X光图像中更好的骨骼结构显示以及曝光过度或者曝光不足照片中更好的细节。这种方法的一个主要优势是它是一个相当直观的技术并且是可逆操作，如果已知均衡化函数，那么就可以恢复原始的直方图，并且计算量也不大。

3)但是该技术有很大的缺点，就是变换后图像的灰度级减少，某些细节消失；某些图像，如直方图有高峰，经处理后对比度不自然的过分增强；它对处理的数据不加选择，它可能会增加背景杂讯的对比度并且降低有用信号的对比度。

第二代：动态对比度拉伸

1)对比度拉伸是最基本的一种灰度变换，使用的是最简单的分段线性变换函数，它的主要思想是提高图像处理时灰度级的动态范围，适用于低对比度图像的处理，一般由两个基本操作组成：直方图统计，来确定对图像进行灰度拉伸的两个拐点；灰度变换，

根据直方图统计确定的分段线性变换函数进行像素灰度值的映射。

2)该技术优点是实现简单；

3)但是该技术有很大的缺点，无法处理退化非常严重的图像，对图像中既有远景也有近景条件下的退化图像无法处理。

第三代：同态滤波

1)同态滤波是把频率过滤和灰度变换结合起来的一种图像处理方法，它依靠图像的照度/反射率模型作为频域处理的基础，利用压缩亮度范围和增强对比度来改善图像的质量。同态滤波的基本原理是将像素灰度值看作是照度和反射率两个组份的产物。由于照度相对变化很小，可以看作是图像的低频成份，而反射率则是高频成份。通过分别处理照度和反射率对像素灰度值的影响，达到揭示阴影区细节特征的目的。

2)该技术优点图像的对比度、色彩都得到很多改善。

3)但缺点也很明显，就是图像噪点十分严重，有光环效果，同时它的计算复杂，成本昂贵。

发明内容

为解决现有技术存在的种种问题，我们经过长期科学研究和技术实践，提出了一套基于弱信号提取法，对退化的视频图像进行复原的一种方法。它的基本思想是基于大量的观察和实验归纳总结出的一种先验理论：就是在良好天气条件的室外场景下，摄像画面一个N*N大小的图像块的RGB三个通道中总会在一个接近于0的基本通道单元；当天气状况变恶劣时(如城市的灰霾、山中的雨雾、北方沙尘暴)，该基本通道单元值也会显著增加，它的增加值与该图像块的透视率成线性关系。

它包含以下的步骤，

1)首先输入视频RGB图像信号；

2)通过对视频图像三原色中弱信号的提取，形成一个初始透视图；

3)同时，通过对初始透视图全局进行统计获得一个称为“大气光”的参数；

4)再通过一个高效的导向型图像滤波器，用原始视频图像的灰度图调制初始透视图，形成具有边缘细节的精细透视图，进而获得图像透射率；

5)最后用图像透射率、“大气光”与原图进行去混叠运算处理，还原出视觉上细节非常清晰、色彩非常鲜艳的复原图。

6)如果输入图像的亮度均值高于一个阈值，按照如上所述流程处理；否则要在图像的输入端，对图像取反，然后经过上述流程之后，再把图像取反；这样可以获得低照度下图像亮度和对比度提升。

附图说明

附图1.本发明实施例的系统结构图

附图2.本发明实施例的弱信号提取器模块的逻辑结构图

附图3.本发明实施例的粗略透视图提取器模块的逻辑结构图