基于直方图优化的图像去雾方法研究


    基直方图优化图雾方法研究

    着计算机技术发展视觉设备广泛应军事民交通等方面雾霾天气状况视觉设备获取原始信息收干扰图者视频质量衰退严重影响原始数特征提取数利价值降导致相关工作法进行时图雾化理涉光学气科学图处理等学科理知识图具重现实意义学术价值文方面进行展开:
    首先总结国外图雾技术发展现状然文研究图雾技术相关基理进行阐述例:直方图均衡化态滤波器Retinex理文深入研究图雾技术奠定理基础次研究相关理知识关算法图增强算法中重点研究直方图均衡化算法章中种算法进行仿真模拟出相应结果分析种算法优缺点足处

    关键词单幅图雾图增强直方图均衡Retinex理










    Study on image demogging method based on histogram optimization
    abstract
    With the development of computer technology visual equipment is widely used in military and civilian transportation Under the conditions of haze weather the visual equipment obtains the original information and the quality of the image or video is declining which seriously affects the extraction of the original data making the use of the data declining so that the relevant work can not be carried out At the same time the theory of image atomization involves the theoretical knowledge of optics atmospheric science image processing and other disciplines Therefore the image has great practical significance and academic value This article mainly develops from the following aspects
    First the paper summarizes the current development of image fog removal technology at home and abroad and then expounds the related basic theories of image fog removal technology studied in this paper such as histogram equalization homomorphic filter Retenex theory It lays a theoretical foundation for the further study of image fog removal technology Secondly the related algorithms of related theoretical knowledge are studied In the algorithm of image enhancement histogram equalization is emphasized

    Key words single image defogging image enhancement histogram equalization Retinix theory









    目 录
    第章 绪 1
    11课题研究背景意义 1
    12国外研究现状 1
    13文容结构安排 1
    第二章 图雾基础理 3
    21直方图均衡化 3
    22态滤波器 3
    23Retinex 理 3
    24章结 4
    第三章基图增强雾算法 5
    31基直方图均衡化雾天图增强算法研究 5
    32局部化雾天图增强 5
    321子块重叠直方图均衡化 5
    322子块重叠直方图均衡化 6
    323度受限直方图均衡化 6
    33 基Retinex雾天图增强算法研究 8
    331单尺度Retinex算法 8
    332尺度Retinex算法 9
    34章结 9
    第四章仿真实验结果分析 10
    41数源仿真工具 10
    42仿真结果分析较 10
    43章结 13
    结 14
    参考文献 15
    谢辞 16



    第章 绪
    11课题研究背景意义
    年国空气质量逐年降雾霾天气许重工业城市全国蔓延雾霾种气污染状态身体健康日常生活带便雾霾天气时弥漫空气中尘埃阻挡视线见度降低雾天条件获取室外图清晰度严重降图目标度等特征衰退进步降低图信息利价值情况晴朗天气空气中漂浮尘埃光线反射图清晰度受影响时工业生产生活带便例:恶劣天气会影响交通监控车辆信息读取军事领域应退化图信息识处理带相应麻烦述问题造成负面结果根研究知众数源部分源眼睛眼图够直观反应事物种特征年国工业化发展天气环境恶化频频出现雾霾天气严重导致时生活针情况研究学者提出图雾方法定理知识基础结合想飞速发展计算机技术针性解决图成清晰问题旨恢复出清晰度高见度高图雾分两类基图增强图复原两部分
    着计算机性价断提高计算机运行速度加快便图处理图雾技术变成图处理计算机视觉行业格外重视问题充分确保视觉系统高效运作需保障系统处理种复杂问题部分进行分析仅丰富国际方面理图处理工作息息相关具跨学科特点发展图雾技术现代生活非常必研究雾霾天气获图进行处理特征更明显具非常重意义方面非常广阔应前景
    12国外研究现状
    图雾技术旨降低雾霾天气导致图视频特征模糊问题通相应算法增强图度见度应前景十分广阔跨学科综合性较强课题逐渐成计算机技术设视觉图处理领域重研究方受国外研究员广泛关注相关成果发表杂志图雾早起源1988年Oakley等研究发展两条基思路种基图增强角度二种基物理模型角度
    121图增强角度
    图增强角度会造成图会较失真图增强方法简单学者方面研究兴趣中普遍方法普遍应简单图雾全局直方图均衡化方法够取较效果较复杂场景图说全局直方图均衡化图点做相操作图素点收雾霾影响效果会造成图处理结果较差会导致图信噪降低影响视觉效果处理述问题指出子块重叠子块非重叠度受限直方图均衡化三类算法述算法优点足整体视觉效果较前全局直方图均衡化略提升
    122基图复原雾方法
    基图复原雾方式般基图修正机制通逆图进行修正根复原方法修正图图增强技术视觉效果方法较赖图源信息图方面信息求较高果图信息较误差时原出图结果会偏差图复原方法全局图进行调整局部图复原某场景深度变化较时图复原效果理想

    13文容结构安排
    文分析总结图雾算法国外研究现状基础分基图增强图雾方法进行深入研究试图通研究相关算法原理较种方法雾效果分析优缺点探究未图雾技术研究重点发展方全文四章中第 章绪介绍课题背景意义第二章图雾算法基础理知识进行介绍文研究相关图雾算法做铺垫 第三章基图增强雾算法研究直方图均衡化雾基 Retinex 理雾等类方法第四章章节种雾算法进行仿真实现分析总结种算法效果特点
























    第二章 图雾基础理
    21直方图均衡化
    直方图种图统计表达般说图视觉效果直方图相应通调整改变直方图形状相应图形发生改变
    直方图均衡通常增图灰度动态范围方式重点理原始图灰度直方图转变成均匀形式扩原始图灰度值动态范畴继提升图度述均衡化汇总起包含面三部分
    (1) 输入图计算该图直方图
    (2) 计算灰度值
    (3) 查灰度表步骤中图直方图进行计算灰度值公式x’H(x)进行灰度变换新灰度直方图
    22态滤波器
    态滤波器压缩图亮度提高度实方式根已成模型开展普通图表述成式子(21)

    (21)
    处i(xy)代表射分量r(xy)反射分量
    函数积傅里叶变换法划分法直接式子开展操作时提前数域变换成方式处理频域方式图(21):


    图21 态滤波器算法步骤
    态滤波器观点:线性滤波划分加性信号非加性信号组合般采态滤波科技非线性变成线性问题非线性(法卷积)混合信号先部分数学计算外转变成加性信息 线性滤波方式处置述难题终执行逆变换操作恢复处理图
    23Retinex 理
    Retinix理ELand1963年12月30日提出种理观点通常眼感受某颜色亮度进入眼光线关外四周颜色亮度关系 Retinix观点指出类视觉色彩感知亮度模型基假设:
    现实世界中没颜色类视觉颜色光场景中物体间相互作结果颜色区域三种原色组成:定波长红色绿色蓝色单位面积颜色取决红色绿色蓝色三原色假设入射光L物体反射率R观察者物体图视S图22示观点假设观察者解图入射光反射图构成S物体表层射光L物体说反射率R


    图22Retinex理中图构成

    基 Retinex 图增强原始图光明进行分量属物体身属性反射分量具体方法根原始图 S 估计光 L然中分解出R采取定措施降低光均图影响保留物体身反射属性图达改善图视觉效果目
    分离光 L 反射率 R实际处理中图转数域完成积关系关系转变时
    (29)
    基Retinex 图增强反射分量 R需估计原始图 S 中度分量 L令l 估计值f(s)式(29)物体身反射图实现图增强
    24章结
    章围绕续图雾算法涉基础理知识进行研究介绍基直方图均衡化 态滤波器Retinex理理分基增强图雾算法基复原图雾算法基础续深入研究图雾算法奠定理基础


    第三章基图增强雾算法
    31基直方图均衡化雾天图增强算法研究
    直方图均衡目前普遍重方式换句话说图直方图灰度级渐变 基种处理角度类均衡划分成两部分:全局局部两部分 全局直方图均衡环节:
    ①原图灰度级数
    ②原图灰度级素数
    ③统计灰度级概率处素综合数
    ④统计累积直方图
    ⑤取整
    ⑥次确定新映射关系
    ⑦计算新直方图级灰度级

    32局部化雾天图增强
    321子块重叠直方图均衡化

    322子块重叠直方图均衡化
    均衡方式差异子块重叠直方图均衡保存子块图均衡元素子块重叠直方图均衡结果子块中心原始图应部分换 果子块没中心子块宽度高度半位置表示子块中心点 然着原始图垂直水方1素步长移动直通遍历整图获终结果
    323度受限直方图均衡化
    局部直方图均衡块现象非常显著Karel等提出CLAHE目进行局部直方图均衡双线性插值滑图减轻直方图均衡化存块效应明显问题具体算法步骤:


    图34(a)直方图剪切(b)度受限直方图

    ①原始图划分成子块统计部分直方图
    ②部分直方图进行剪切继表现出限度:
    (1)假定化剪切极限系数(Clip Coefficient)CC取值范畴01子块素值(均素):均衡划分灰度级
    (31)
    处hW代表实际高度宽度GrayNum代表子块灰度预估
    统计真实剪切极限值(Clip Limit)CL
    (32)
    (2)假定原始图子块灰度级素时子块部分分灰度级CL素剪切超具体求外素总数CP(ClipPixels)
    (33)
    (3)统计子块灰度级素均值(Average Pixels) ACP
    (34)
    (4)统计子块度限直方图CH
    (35)
    灰度级剪切素数目:

    (36)

    分配统计剩没分配素LP进开展续划分处:
    (37)
    灰阶步骤Step开始旦素数量剪切阈值CL灰阶水剩余素点素分配灰阶等级 果灰度级处未分配素值根公式重新计算该步骤根新步骤步骤素单位分配灰度值直剩余素分配止度受限直方图 获
    ③全局直方图均衡(HE)区域受限直方图
    ④图点处应双线性插值子块间均匀转换进行消

    图38 双线性插值计算

    (38)
    (39)
    (310)
    处代表点灰度值 ABCD代表部位中心素灰度值 边界素两相邻点插值外四角点相邻点统计
    33 基Retinex雾天图增强算法研究
    331单尺度Retinex算法
    单尺度Retinex算法便利直接表示Retinex基框架
    ①  射光反射光分离利数方法公式:
    (311)
    ②  般说终图假设空间滑图通计算图素加权均值删明变化保留物体反射特性利高斯模版班述步骤图进行卷积处理历低通滤波图代表高斯滤波函数:
    (312)
    ③  数域原始图减少低频滤波图进出高频滤波图:
    (313)
    ④  取反数增强图:
    (314)
    332尺度Retinex算法
    般说存动态范围压缩色彩度保真间矛盾Jobson等专家指出尺度Retinex算法(MultiScale RetinexMSR)算法延伸形式 单尺度算法求加权均值述算法根高斯函数图进行卷积选取物体反射图R(xy)公式表示:
    (315)
    K尺度数加权系数尺度权值外出现:
    (316)
    般说K3尺度系数尺度()中尺度()尺度()进行取值述算法具体环节
    环节参考面容:
    ①  填写高中低尺度明确应环绕函数力公式明确尺度化系数离散条件积分转化成求运算
    ②  图矩阵变换成数域原始图环绕函数添加(317)进数域RGB三通道反射图
    )式(317
    利指数变换数域反射图变成实数域出反射图色彩图显示会利线性拉伸三通道集成结果显示MSRSSR相似两种算法具动态范围进行压缩细节增强效果存着缺陷例:晕轮效应
    34章结
    章重点研究图增强算法种角度阐述雾技术直方图均衡雾方法进行重点分析包括LAHE基Retinex理CLAHE图噪方法 详细阐述算法基原理基础种算法特点
    第四章仿真实验结果分析
    41数源仿真工具
    MATLAB提供工具箱种类非常涉应领域广利工具箱够方便实现计算分析处理等功图41列举工具箱:
    图41 MATLAB中工具箱
    文重点Image Processing Toolbox图处理工具箱具备参标准算法相关工具进开展图处理研究视化算法设计完成图增强模糊特征测试降噪图划分空间转换配准等务中部分功支持线程彰显核处理器强功
    述工具箱支持众图种类高动态范围千兆分辨率ICCI兼容色彩断层扫描图中工具探索图查素调整度建设轮廓柱状图操作部分区域(RIO)类算法原退化操作中测试测量特征研究形状纹理调整综合色彩度
    42仿真结果分析较
    (1) 实验结果



    (a) (b)
    图41(a)雾图直方图(b)全局直方图均衡化处理图直方图

    发现全局直方图均衡增强整张图度细节处处理效果明显效果佳处理图灰度级减少某细节消失述结果需实施局部直方图均衡 部分均衡划分成部分接开展全面叙述






    图42子块重叠直方图均衡化处理图

    根42图中知算法负责块操作未建立块彼间
    关系造成块边界出现断续问题视觉角度导致块效应



    图43子块重叠直方图均衡化结果

    图43解子块重叠直方图均衡图增强细节处理通整幅图分割成图然幅图单独进行直方图增强然进行叠加处理子块重叠方法块效应增强图度细节处展现效果良



    (a) (b)
    图44(a)原始图(b)CLAHE处理图直方图

    (2) 结果分析
    难较分析种基图增强仿真结果典雾增强算法全局直方图均衡化完成图细节增强法保持图输入亮度发现限制度适应直方图均衡(CLAHE)算法直方图均衡化方法中较效果通进步较发现子块重叠直方图均衡(POSHE)算法没进行块块间联系存视觉块效应 (LAHE)子块重叠直方图均衡化改进(POSHE)产生块效应细节处展现良需单独幅图单独处理计算量较耗时较长效率低CLAHE算法原理较复杂效果更更全面测量更加优秀般说基图增强雾算法图具相较失真
    43章结
    章介绍应MATLAB强工具箱着重介绍次实验需图处理工具箱仿真模拟种图增强雾算法进全面研究算法具备优点足



    次毕业设计通翻阅量相关书籍慢慢解通直方图算法实现图雾该操作MATLAB完成首先进行GUI设计然编写相应程序代码
    图雾仿真中通仿真结果该功确实实现雾图较原图相清晰许提取重部分进行雾处理着强化图轮廓削弱细节特点然功雾算法程中相应规GUI设计然简单缺部分图显示面呈现
    次毕业设计更加清楚明白雾技术样社会充着重作运侦查组利警察破案运医学医生提供便利运军事等等该设计中会存够完美方次设计种方法图雾效果图雾局限方法更方法需进行断研究探索完善技术更应










    参考文献
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    [4] Hall D LLlinas JAn introduction to multisensor data fusionProceedings of the IEEE199785(1)623
    [5] Linas JHall D LAn introduction to multisensor data fusion[A]Proceedings of the 1998 IEEE International Symposium on [C]1998537540
    [6] Yang DongyongYuzo YMultisensor data fusion and its application to industrial controlSICE 2000[A]Proceeding of the 39th SICE Annual Conference[C]2000
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    [9] Rockinger OImage sequence fusion using a shift invariant wavelet transfoem[C]International Conference on Image Processing1997288291
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    [11] 樊晓亮杨晋吉基帧间差分背景提取更新算法[J]计算机工程201137(22):159161
    [12] 刘雪王华杰常发亮视频图序列中运动目标提前踪[J]动化技术应200726(1)102108
    [13] 杨杰数字图处理MATLAB实现[M]北京电子工业出版社2013
    [14] 刘衍琦詹福宇MATLAB图视频处理实案例详解[M]电子工业出版社2015121134
    [15] 赵川MATLAB图处理:程序实现模块化仿真[M]北京航空航天学出版社20142846
    [16] 赖志国陈继云李淑红MATLAB图处理应[M]国防工业出版社2007156172
    [17] 杨丹赵海滨龙哲MATLAB图处理实例详解[M]清华学出版社20135873
    [18] 章毓晋图处理基础教程[M]电子工业出版社20127693
    [19] 景晓军图处理技术应[M]国防工业出版社2005142163
    冯象初王卫卫图处理变分偏微分方程方法[M]科学出版社2009231245














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    文档贡献者

    平***苏

    贡献于2021-08-07

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