统数字图像处理技术的应用软件介绍特点图像处理工具箱第三章云雾图像复原法大气散射模型衰减模型大气光模型雾天图像对比度特性第四章基于暗通道先验的图像去雾算法暗通道先验原理透射率的估计和优化透射率的预估计透射率优化大气光强估计恢复无雾图像各参数对去雾结果的影响窗口大小对去雾结果的影响值对去雾结果的影响基于暗通道先验的去雾算法的改进暗通道获取过程的改进大气光强估计在明亮区域的改进实验结果对比本章小结第五章图像去雾后续处理图像增强理论传统图像增强算法直方图均衡法基于对数图像处理模型的图像增强算法本文图像增强算法分析算法基本思路算法性能分析实验结果分析实验结果主观比较万方数据实验结果客观评价本章小结第六章总结与展望全文总结研究展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论雾是种比较常见的自然现象，持续的大雾会给人们的出行生产带来极大的影响。当自然界出现雾霾等天气气候时，由于大气中浮着的大量微小水滴气溶胶的散射作用使得拍摄出来的图像色彩失真且能见度和对比度不高，即使天气是非常晴朗的，由于空气中始终存在水分子，摄取远处得景物时，也会有层薄薄的雾气导致图像能见度低，不利于图像的应用和提取图像的特征。近年来，随着技术的发展和进步，户外监控系统的应用越来越广泛，包括道路监控，车辆视频监控，国防军事监控，超市监控等。大部分情况下，监控系统都要求能捕捉到清晰的图像以满足各种应用需求。但由于雾霾等恶劣天气的存在，监控设备通常很难采集到高质量的监控图像，这将使得监控系统无法正常运行，带来极大的隐患。图像质量的退化对人类生活的影响如此之大，所以对图像去雾技术必须进行非常严谨和深入的研究。本章阐述了课题的研究背景研究意义以及研究现状，并对论文总体结构作简单的介绍。课题背景与意义图像去雾算法的研究对现实生活中的各个领域，如道路安全国防安全科研娱乐等都具有非常重要的意义。现实生活中我们通过各种成像设备取得的图像可能会因为大气中水分子浮沉颗粒等的干扰而使得图像的色彩不佳对比度不高不够清晰。这些效果很差的图像除了应用价值不高，应用范围窄之外还有可能会给户外监控系统的图像捕捉带来巨大的困难。比如利用智能系统对交通进行监控时，如果天气状况不佳出现雨雾等情况，监控系统采集回来的图像就会不够清晰，这样就无法利用它们获取准确的路面状况和车辆的信息而导致事故另外如果天空中存在较大的雾气，道路环境系统提供给驾驶员的道路信息不清晰，会增加交通事故发生率还有当国家执行军事活动时，图像采集系统反馈回来的图像如果收到干扰会造成消息的不准确，情况严重时会导致错误地决定行动方案，带来无法挽回的悲剧，增加国家的负担。针对这种由于自然现象引起的图像质量下降的现象，众多科研人员意识到因为自然现象引起图像质量退化的严重性，直致力于研究图像处理技术。近几年，随着计算机软硬件技术的不断发展，计算机视觉系统在户外场景的应用越来越广泛，如视频监控城市交通航拍遥感成像等，并发挥着非常重要的作用。但是，当下的计算机视觉系统对环境非常敏感。在雾霾等天气条件下，由于大气中悬浮的微小水滴气万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论溶胶的散射作用，导致成像设备获得的图像清晰度和对比度显著降低，这使得户外系统尤其是户外监控系统的功能受到牵制。所以图像去雾技术应运而生，图像去雾技术的主要目标但至今还没有种方法是能适合所有图像的。数字图像处理系统个基本的数字图像处理系统由图像输入图像存储图像处理和分析图像通信以及图像输出个模块组成，如图所示图像通信图像处理与分析图像输出图像输入图像存储图图像处理系统图像输入模块也成图像采集或图像数字化，根据不同的应用需求，图像的输入设备可以采用不同的方式。获取数字图像的方法有很多种，最简单的可以用数码照相机或摄像机捕获也可以采用专业的数字化设备，将待处理的连续图像转变成适合于计算机处理的数字图像。图像存储模块主要作用是临时或永久的储备图像操作进程中图像本身的信息或者是图像万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章图像处理基础与软件的其他相关信息。如各种闪存硬盘光盘等。图像输出模块的作用是将处理前和处理后的图像显示出来，或者将处理结果永久保存。前者常用的图像显示设备包括显示器液晶显示器显示器和投影仪等后者常用的设备包括打印机绘图仪硬拷贝机等。图像通信模块主要用于图像数据的传输和通信，如基于局域网数字通信网的通信设备等。计算机是图像处理和分析模块是数字图像处理系统的核心，主要包括处理机图像处理算法和实现软件部分。处理机可以是通用的计算机，也可以是大型的分布式计算机专用的图像处理系统芯片以及专用的图像处理芯片等。数字图像处理技术的应用数字图像处理在美国喷气推进实验室里首次获得了实际的成功应用。年，几千张月球照片被航天探测器徘徊者号获取并发回，研究人员对这些发回的照片进行几何校正灰度变换去除噪声等处理，由于太阳位置和月球环境会对照片有所影响，所以研究人员将这些因素共同处理，利用计算机的强大功能绘制出较为真实的月球表面地图，取得了空前的成就。图为月球图像。数字图像处理技术在航天和航空技术方面，除了这成就之外，在飞机遥感和卫星遥感技术中也发挥了巨大的作用。图月球图像除此之外，数字图像处理技术在医学上也获得了开天辟地的伟大成就。英国公司工程师于年发明了用于头颅诊断的射线计算机断层摄影装置，即通常所说的万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章图像处理基础与软件。紧接着，公司于年又研制出了种装置，该装置可对全身的信息进行观察，人体中每个部位的断层图像都可清晰地看到。与此同时，在很多的应用领域，图像处理技术都收到空前的重视并都发挥了重要的作用，这说明图像处理这门新型学科是很有发展潜力和远大前景的。图像的应用促进了信息表现技术生成方式的巨大进步，迅速提升了图像在信息组织和传播中的重要地位，对人类的生产和生活方式产生了深远影响。数字图像处理技术和模拟方式相比，适用性更广，更易达到且更精确可靠。近二十年来，数字图像在各领域得到了广泛的应用，目前数字图像处理技术已经深入到国名经济的各个领域，在航天航空遥感遥测生物医学工业安防多媒体通信智能机器人等领域发挥着重要作用。目前，为了提高视频处理系统的性能，很多硬件解决方案已被广泛地应用。但是现在商业化的图像处理任务大部分的实现形式还是以软件为主，大都运行在通用上。软件介绍本文所研究的基于暗通道先验的单幅图像去雾算法的实验是在实验平台上进行的，下面对实验平台作简单的介绍。特点美国公司推出的计算机软件语言是目前很流行的科学计算软件，通过科研人员对其功能的不断完善，该软件现在在国际上已经得到很大的认可。随着各项高新技术的不断发展，各个领域都需要应用到科学计算，例如控制论系统仿真图像信号处理就涉及到大量的矩阵计算问题。如果大量的大型运算都通过手动编写代码来完成的话，不仅效率很低，而且结果不佳。软件就是为了提供方便的数值计算平台而设计的。的主要特点是简单的语法结构，高效的数值计算，完备的图形功能，因为具备这些完美的功能，该软件收到很多科研人员的喜爱，特别是那些要完成数据处理和图像分析的工作者。图是软件的工作界面。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章图像处理基础与软件图工作界面之所以应用如此广泛，如此受到科研人员的喜爱是因为它有着下列诸多强大的功能。数值计算功能强大，且结果准确可靠。数据分析和科学计算的过程清晰可见。强大的符号计算功能。能够对非线性动态系统实现建模和仿真。灵活的程序接口功能。文字处理能力。图像处理工具箱是个向量运算非常简单快捷的软件，因此为图像的处理带来了很大的便利。具备很多功能强大的开发工具箱，这对于那些从事图像处理的工程师和研究人员来说无疑是很大的福音。在医学公安和国防遥感遥测生物技术显微镜技术半导体测试图像传感器设计等图像处理领域这些开发工具箱得到了广泛的应用。图像处理工具箱提供了整套用于图像处理分析可视化和算法开发的工具。用户可以利用工具箱的函数对包含噪声或受干扰退化的图像进行操作，提高图像质量以获得更高的清晰度，也可以提取图像的特征，分析形状和纹理，还可以对两幅图像进行匹配。工具箱中的函数绝大数是用开放的语言编写，这样用户就可以对函数进行修改或者是编写自己的自定义函数。按照实现的具体功能可以将图像处理工具箱中的函数大致分为以下万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章图像处理基础与软件几类图像增强，包括图像滤波滤波器设计去模糊和对比度增强。图像分析，包括特征检测形态学图像分割和测量。空间变换和图像配准。图像变换，包括和变换。支持多维图像处理。支持版本颜色管理系统。模块化交互式工具，包括选择直方图和距离测量。交互式图像和视频显示。导入和导出。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章云雾图像复原法第三章云雾图像复原法基于图像复原思想的去雾方法又称基于大气退化物理模型的方法。研究者以前只着眼于提高退化图像的清晰度，却没有考虑到现实中的图像会存在雾气分布不均的现象，因此对整幅图像没有区分的等同处理，这样就会导致些区域恢复后不够清晰，而些区域因过分改善而偏离实际的后果。以物理模型为基础对退化图像进行复原的方法，从图像退化原因的角度对大气散射作用进行建模分析，然后再利用些滤波方法实现场景复原，该方法的还原度高效果好。本章首先介绍大气散射模型，然后在此基础上分析有雾天气下拍摄的图像没有无雾图像清晰和对比度高的原因，最后描述了雾天图像区别与无雾图像的对比度特性，为后续提出的去雾算法作理论基础。大气散射模型很多年来，众多学者依据大气退化物理模型，深入研究分析了雾天环境下的图像成像机制，而且根据成像原理提出了多种图像去雾方法。这些根据雾天图像成像的原理来实现图像去雾的方法相比较于传统方法处理效果更令人满意。雾天图像退化模型通过大量近似和假设，该模型构造了光在大气中传播的能量变化过程。上世纪年代，图像去雾首次应用大气退化物理模型，利用雾天图像退化模型恢复图像的深度信息。该算法假设各物体对光波的吸收和反射性质相同，并且在忽视散射的条件下，到达场景中所有地方的光波具有相同的分布和强度，但这假设在现实环境中很难得到满足