文/要秀宏

1　引言

浮塵天氣的發(fā)生使得空氣渾濁，能見(jiàn)度大為降低，進(jìn)而影響交通運(yùn)輸，也極易引發(fā)交通事故。較強(qiáng)浮塵能影響汽車(chē)、火車(chē)的正常運(yùn)行，尤其是對(duì)航班影響嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了人們的正常的工作生活秩序。隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)與圖像處理技術(shù)的發(fā)展，戶(hù)外視覺(jué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用正在飛速發(fā)展，然而戶(hù)外視覺(jué)系統(tǒng)需要以戶(hù)外景物圖像為輸入，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理等處理技術(shù)準(zhǔn)確檢測(cè)輸入圖像的特征。在浮塵天氣條件下，戶(hù)外景物圖像的對(duì)比度和顏色都會(huì)被改變或者退化，圖像中蘊(yùn)含的許多特征也會(huì)被覆蓋或者模糊，導(dǎo)致視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此，通過(guò)對(duì)浮塵天降質(zhì)圖像清晰化研究來(lái)達(dá)到復(fù)原和增強(qiáng)景物細(xì)節(jié)信息，從而一定程度上減少浮塵天氣對(duì)人們生產(chǎn)生活的影響有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

浮塵天拍攝到的圖像，之所以會(huì)存在明顯的模糊現(xiàn)象，主要是因?yàn)椋諝庵械念w粒物對(duì)光線散射造成，景物的反射通量部分被空氣中的顆粒吸收或者反射，使觀察者捕捉到的入射光線發(fā)生了較為明顯的衰減而造成的。這種衰減現(xiàn)象具體表現(xiàn)在圖像上則是，圖像像素點(diǎn)的灰度分布較為集中，對(duì)比度較差，圖像變的模糊不清，因此為了要獲得此類(lèi)圖像中的有用的信息，本文分別采用全局直方圖均衡化、局部直方圖均衡化、MSR算法對(duì)浮塵天彩色圖像進(jìn)行處理，來(lái)提高這些降質(zhì)圖像的視覺(jué)質(zhì)量。

2　基本理論知識(shí)

MSR算法是以顏色恒常性理論為基礎(chǔ)，將圖像分解得到其反射分量和入射分量，通過(guò)降低入射分量對(duì)反射分量的影響，對(duì)待恢復(fù)圖像進(jìn)行處理，達(dá)到圖像清晰化的目的。

圖像的形成可以用入射光與反射光的乘積表示，即：

其中i(x,y)為入射分量，表示低頻信號(hào)；r(x,y)為反射分量，表示高頻信號(hào)，決定物體的性質(zhì)。

對(duì)于彩色圖像，MSR在對(duì)數(shù)域?qū)Γ?）進(jìn)行變換，可得：

其中*表示卷積，F(xiàn)n(x,y)為卷積函數(shù)。

其中σ為尺度參數(shù)，分別取15,80,250，常量K由下面的歸一化函數(shù)來(lái)確定。

3　實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1　實(shí)驗(yàn)步驟

MSR算法通過(guò)將原始圖像和高斯函數(shù)做卷積得到低通濾波，實(shí)質(zhì)是提取圖像的入射光，得到物體的反射性質(zhì)，從而得到清晰化后的圖像。把MSR算法應(yīng)用與彩色圖像清晰化的具體步驟如下：

Step1：將彩色圖像分解為R、G、B上的三幅灰度圖像，并分別對(duì)這三幅圖像中的像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為double型；

Step2：將step1中的三幅圖像分別轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)域利用公式（2）進(jìn)行計(jì)算；

Step3：利用卷積函數(shù)（3）對(duì)上述圖像進(jìn)行濾波處理；

Step4：對(duì)上步得到的結(jié)果取指數(shù)，得到最終處理后的圖像。

3.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)采用新疆喀什市浮塵天拍攝的彩色圖像，經(jīng)過(guò)MSR算法處理，分別與全局直方圖均衡化法、局部直方圖均衡化法作比較。從原圖1（a）可以看出圖像的整體質(zhì)量不高，對(duì)比度低；采用全局直方圖均衡化處理后，可以看出在一定程度上圖像變的清晰，但是存在細(xì)節(jié)信息丟失（如人物和樓房的邊緣信息），從整理上觀察可以看出出現(xiàn)了失真現(xiàn)象，如圖1（b）所示；采用局部直方圖均衡化處理后，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的失真現(xiàn)象，同時(shí)圖像也變得清晰，但是處理整體亮度偏暗，依然存在某些模糊區(qū)域，如圖1（c）所示；采用本文中的MSR算法處理后的圖像，處理結(jié)果較為平滑，顏色特征也較為自然，具有良好的清晰化效果，如圖1（d）所示。

本文采用均值、方差和圖像熵分別從不同的角度來(lái)定量評(píng)價(jià)本文中提到的幾種浮塵天圖像清晰化算法的處理效果。客觀性能比較如表1和表2所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)也表明，MSR處理后的浮沉天圖像飽和度、亮度都有要優(yōu)于兩種直方圖均衡化的處理效果。

5　結(jié)論

MSR算法將圖像視為環(huán)境因素所決定的入射分量和物質(zhì)本身所決定的反射分量，通過(guò)增加反射分量，減弱入射分量達(dá)到圖像清晰化的效果。實(shí)拍的浮塵天彩色圖像清晰化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與全局直方圖、局部直方圖的方法比較，MSR算法是一種有效的浮塵天彩色圖像增強(qiáng)算法。

表1：圖像HSV各分量均值和方差統(tǒng)計(jì)

表2：圖像HSV各分量熵值比較

圖1