[发明专利]一种沙尘天气彩色图像增强方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及恶劣天气条件下的图像增强技术，尤其是针对沙尘天气彩色图像的增强。

背景技术

沙尘天气是一种在春季常出现中国西北和华北地区的恶劣天气。据不完全统计，仅2000～2003年期间，新疆喀什地区的沙尘天气平均约为103天/年[1]。根据水平能见度的高低不同，沙尘天气由弱到强依次分为浮尘(能见度大于10公里)、扬沙(能见度小于10公里)、沙尘暴(能见度小于1公里)和强沙尘暴(能见度小于50米)四类。其中以扬沙和沙尘暴较常见，沙尘天气出现时，会使能见度大幅降低，对各行各业均有不同程度的不良影响，对交通运输的影响尤为严重。另外，在沙尘天气条件下监控摄像头拍摄的图像和视频可视质量显著下降，户外监控系统无法正常可靠地工作。所以，对沙尘天气条件下获取的图像进行增强处理，提高图像的对比度和可视质量，具有重要的应用价值和社会现实意义。

沙尘天气图像增强属于恶劣天气图像增强领域，但目前的研究主要集中在雾天图像增强方面，已有方法可分为两类：基于模型的方法和基于图像处理的方法。文献[2]中采用建立大气模型来复原雾天条件下退化图像的方法，但需要多个参数；水下图像与沙尘图像在很多方面具有类似性，比如图像内部都存在明显的偏色和噪声影响，图像的对比度都较低。文献[3]提出了一种图像融合方案用于增强水下图像。首先将输入图像进行颜色校正，并使用直方图均衡技术对颜色校正结果进行去噪和对比度拉伸，然后再提取几种特征用于确定图像融合所用的系数矩阵。

参考文献：

[1]江远安,张云惠,等.喀什地区沙尘天气过程分析[J],新疆气象,2005,(28).

[2]王志坚,基于大气模型的图像复原改进算法及应用[J],计算机工程与应用,2007,43(3):239-248.

[3]C.Ancuti,C.O.Ancuti,T.Haber,P.Bekaert,Automatic red-eye detection and removal[C],in Proceeding of CVPR,81-88,2012.

发明内容

本发明的目的是提出一种针对沙尘天气彩色图像的增强方法，消除图像中存在的偏色和噪声影响，提高图像的对比度。本发明的技术方案如下：

一种沙尘天气彩色图像增强方法，包括下列步骤：

①颜色空间转换：用I表示输入的一幅沙尘天气彩色图像，将I由RGB空间转换到CIE LAB颜色空间，I在CIELAB空间的三分量分别用L*、a*和b*表示，对L*、a*和b*三通道进行归一化处理，将三通道值都调整到区间[0,1]，用I_L、I_A和I_B分别表示归一化处理之后的各通道图像；

②L*通道去噪：使用高斯低通模板对I_L进行滤波处理，去除I_L中的噪声，处理结果用I_L1表示；

③L*通道对比度拉伸：采用Sigmoid函数对I_L1进行灰度级拉伸处理，压缩低灰度级和高灰度级部分，以提高对比度，对比度拉伸结果用I_L2表示；

④L*通道锐化处理：采用反锐化模板对I_L2进行锐化处理，高斯低通模板处理I_L2，得到低通图像，用表示采用下式计算锐化图像，用I_L3表示：

⑤采用灰度世界假设对归一化后的a*通道和b*通道进行颜色校正处理，步骤如下：

1)计算I_A和I_B的平均值，分别用μ_A和μ_B表示；

2)计算a*通道和b*通道的调整系数，分别用λ_A和λ_B表示，其中有

λ_A＝0.5/μ_A，λ_A＝0.5/μ_B；

3)用I_A1和I_B1的表示颜色校正后的图像，它们满足I_A1＝I_A×λ_A，I_B1＝I_B×λ_B；

⑥重构处理后的彩色图像。