[发明专利]大气光方向优化估计的图像去雾迭代算法

权利要求书

1.大气光方向优化估计的图像去雾迭代算法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将雾图输入到计算机仿真软件中；

2)针对输入雾图求每个像素点RGB分量的最小值，并使用最小值滤波得到暗通道图；

3)对大气光的估计优化：在大气光强度自动恢复的基础上，利用图块中块直线来计算大气光的方向，其优化方法如下：

3a、将雾图分为若干图块，计算图块的块直线；对比、筛选块直线，在筛选块直线时，计算当前块直线与现有块直线的夹角，当夹角小于等于15度时，计算出均值直线，并将其作为新的块直线，再通过连接原点与新的块直线的交点确定多组大气光方向射线；计算两两块直线的交点，通过交点与原点的射线方向，即为候选的大气光方向；

3b、计算每条候选大气光射线到所有块直线的欧氏距离之和，并通过结果对比，选择结果最小的大气光射线作为最终的大气光方向；

3c、选取前0.1％最亮的像素点，并提取它们在RGB空间的亮度值，将图像中前0.1％最亮像素点对应的RGB空间值和多组大气光方向射线进行距离计算、对比，计算出每个RGB空间点到大气光方向的最短距离，并将具有最短距离的像素点值作为最终的大气光强度值；

4)计算获得粗略的透射率图，并使用引导滤波进行细化；

5)采用变量替换对物理成像模型进行变形，推导出单帧图像去雾的迭代模型，使用单帧图像去雾的迭代算法完成有雾图像的恢复；

上述步骤5)中，所述单帧图像去雾的迭代算法为：

基于物理成像模型的图像去雾方法中的雾图形成的数学模型如下式：

I(x)＝J(x)t(x)+A[1-t(x)]         (1)

其中，I(x)指的是观测图像，J(x)指的是无雾场景图像；

在公式(1)的基础上，假设透射率t(x)和大气光强度值A已经求解出来，为了避免除法运算带来的图像复原失真问题，令L(x)＝1-t(x)，并且对公式(1)进行替换变形后，得到以下形式：

I(x)＝J(x)[1-L(x)]+AL(x)         (3)

将公式展开、移位后，得到:

I(x)＝J(x)-J(x)*L(x)+AL(x)          (4)

J(x)＝I(x)+L(x)*J(x)-A*L(x)         (5)

利用数学中的迭代法原则，对公式(5)中等号左右和右的J(x)进行迭代，得到去雾复原迭代估计公式为：

J⁽ⁿ⁺¹⁾(x)＝L(x)*J⁽ⁿ⁾(x)+I(x)-A*L(x)              (6)

其中，n是迭代次数，在执行算法时，当J⁽ⁿ⁾(x)和J⁽ⁿ⁺¹⁾(x)之间的差小于一定限值时，则停止迭代。

2.根据权利要求1所述的大气光方向优化估计的图像去雾迭代算法，其特征在于：上述步骤3)的3a中，对所述块直线筛选的算法如下：

在物理成像的去雾模型中，公式(1)中的I(x)，J(x)都是RGB颜色空间的图像，对于场景中的任意目标点，透射率t(x)在各个颜色通道中都相同；同时，大气光强度值A是RGB空间的向量，它描述了场景中的散射光线在每个颜色通道中的强度，因此公式(1)写为：

由公式(1)得知，为了对给定的观测图像I(x)去雾得到无雾场景图像J(x)，必须估计透射率t(x)和大气光强度值A；此外，将无雾场景图像J(x)表示为下式：

        (10)

其中R是RGB空间的向量，R＝(R^r，R^g，R^b)^T，描述目标表面所反射出光线的色度，因此可假定||R||＝1；而则是标量，描述目标表面所反射光线的强度，并且目标表面所反射光线在三个RGB通道具有相同的强度，因此公式(10)写为：

综上所述，假定下述简化的物理成像模型，即针对第i个图像块，去雾模型写为：

   (12)

其中，是第i个图像块Ω_i中的像素灰度值，t_i(x)是第i个图像块Ω_i中目标点x处的透射率，由于t_i(x)和均是标量，因此令，公式(12)变形为：

对第i块里的任何像素点x，I_i(x)都是rbg空间的向量，即：

根据图像具有局部区域平滑特性，假定第i个图像块Ω_i内R_i和t_i基本保持不变，这样在第i个图像块Ω_i内认为R_i是常数向量，t_i是常数标量；由公式(13)得，对第i个图像块Ω_i中的任何像素，向量I_i(x)都是由与位置x无关的常数向量R_i经过常数尺度拉伸后，加上另一个固定常数向量(1-t_i)A形成；所以在RGB颜色空间中，像素值I_i(x)分布在同一条线上，这条直线的方向由R_i确定，起始点是(1-t_i)A；每个第i个图像块Ω_i都对应一条RGB空间的直线，以下统称为块直线，但是它们是异面直线未必相交，不过每个图块的块直线都与通过原点且与方向为A的射线相交，交点就在与s＝(1-t_i)||A||处；

在RGB构成的三维空间中，通过提取两个图块的块直线，并将这两条块直线与原点构成平面，两个平面的交线方向就是大气光强度值A的方向；在实际中为了得到大气光方向的稳健估计，需选择多个块直线与原点构成平面，并计算两两平面的交线进而获得多个候选的大气光方向。