曹子鈺　李洋　江雪

【摘要】霧天環(huán)境給戶(hù)外監(jiān)視設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重影響，本文從霧天退化圖像的原因和退化圖像的基本特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，分析了多尺度Retinex算法在霧天圖像增強(qiáng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】霧天可視圖像 圖像增強(qiáng) Retinex

一、引言

近幾年來(lái)，霧霾、PM2.5“爆表”成為大家熱議的話題。霧天導(dǎo)致公路、高速、河流、機(jī)場(chǎng)等交通要道的監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)極大的收到影響，其主要原因就是霧霾天氣使監(jiān)控設(shè)備拍攝的圖像品質(zhì)大幅下降，以至于后續(xù)工作不能準(zhǔn)確進(jìn)行，使我們的交通存在一定的安全隱患。因此，提高視頻圖像監(jiān)控設(shè)備在霧天中的性能也成為了重要的研究題目。

二、霧天圖像退化模型

當(dāng)空氣中所含的水蒸氣的量大于在一定溫度條件下的飽和水蒸氣量時(shí)，懸浮在近地面空氣層里的多余的水蒸氣凝結(jié)成的小水滴便形成了霧。霧汽顆粒的半徑范圍一般在lum-60um。在霧天環(huán)境下，反射光會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。散射過(guò)程的物理本質(zhì)是十分復(fù)雜的，散射現(xiàn)象與媒質(zhì)的組成以及入射光的狀態(tài)有密切關(guān)系。由大氣散射理論可以得知，大氣粒子的散射主要可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是指場(chǎng)景中物體表面反射的光能在到達(dá)傳感器的過(guò)程中受大氣粒子的散射而衰減的過(guò)程，另一類(lèi)是指太陽(yáng)光能被大氣中的懸浮粒子散射后到達(dá)傳感器的過(guò)程。這兩種過(guò)程可以用如下兩個(gè)模型進(jìn)行描述：即入射光衰減（Attenuation）模型和大氣光（Airlight）成像模型。

射光衰減模型是指，由于大氣微粒的散射作用，從場(chǎng)景中反射出的部分光（入射光）被微粒反射和吸收，使到達(dá)觀察者眼睛的入射光衰減。場(chǎng)景點(diǎn)的輻射衰減程度是隨距離觀察者的景物距離的增加呈現(xiàn)指數(shù)性質(zhì)的規(guī)律。

環(huán)境光模型是指，由于大氣顆粒對(duì)周邊環(huán)境的入射光也有同樣的反射作用，因此會(huì)有一部分光沿著觀察路線射向觀察者。同時(shí)，大氣可以看作和光源有相同的作用，故被稱(chēng)作大氣光。

三、霧天圖像增強(qiáng)算法設(shè)計(jì)

Retinex理論是由Edwin Land于1964年提出的一個(gè)關(guān)于人類(lèi)的眼睛如何調(diào)節(jié)感知到物體顏色和亮度的視覺(jué)系統(tǒng)模型發(fā)展而來(lái)。圖像可以看成是由入射圖像和反射圖像構(gòu)成，入射光照射在反射物體上，通過(guò)反射物體的反射形成反射光進(jìn)入人眼，就是人類(lèi)所看到的圖像。我們用L（x，y）表示入射光圖像，它直接決定了圖像中像素所能達(dá)到的動(dòng)態(tài)范圍，R（x，y）表示物體的反射性質(zhì)圖像，即圖像的內(nèi)在性質(zhì)，S（x，y）表示人眼所接收的反射光圖像。對(duì)數(shù)域中就表示為：

四、結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，原圖中左上角遠(yuǎn)景高樓的灰度值較高，而下放近景湖面灰度值較低，其灰度直方圖在橫坐標(biāo)的兩段集中，經(jīng)過(guò)直方圖均衡化增強(qiáng)后，左上角的高灰度區(qū)域改善較小。而多尺度Retinex相比直方圖均衡化有更連續(xù)的灰度分布，同時(shí)在左上角的高灰度值區(qū)域有更好的清晰度。本文中基于多尺度Retinex的霧天增強(qiáng)算法有更好的效果。