基于改進Retinex算法的含霧圖像清晰化處理技術(shù)

錢澤東　何勇

摘 要：霧天條件下獲取的圖像由于空氣中顆粒的影響導致其圖像對比度低、內(nèi)容模糊不清，同時有整體偏向灰白色的趨勢。含霧圖像清晰化就是為了能夠提高圖像的對比度，恢復它的真實色彩。該文在深入分析單尺度Retinex算法和多尺度Retinex算法的同時，提出了基于直方圖均衡化調(diào)整的改進Retinex算法實現(xiàn)含霧圖像的清晰化算法，并通過對同一含霧圖像基于不同算法進行試驗，驗證了該文所改進算法的有效性。

關(guān)鍵詞：含霧圖像 Retinex算法 去霧處理 實驗

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0225-02

近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對于圖像清晰化要求的不斷提高，對含霧圖像進行清晰化處理，已經(jīng)成為計算機視覺領(lǐng)域中的重要研究方向。在霧天情況下，空氣中經(jīng)常出現(xiàn)微塵和水蒸氣等顆粒物質(zhì)，會導致光在傳輸過程中出現(xiàn)折射、散射、反射、吸收等現(xiàn)象，從而導致獲得的數(shù)字圖像出現(xiàn)顏色特征和對比度衰減等現(xiàn)象，使圖像品質(zhì)下降。對含霧圖像進行清晰化處理，是為了能夠提高圖像的對比度，增強圖像的顏色特質(zhì)，從而達到能夠增加圖像清晰度的目的，使圖像細節(jié)信息更加突出。

同時，針對目前我國周邊海域整體環(huán)境的特殊性，迫切需要在特定海域采集獲取清晰艦船信息，提升全天候獲取海洋侵權(quán)目標的能力。準確的獲取相關(guān)海域的圖像信息對于海洋維權(quán)執(zhí)法、海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋軍事偵察等實際應(yīng)用領(lǐng)域都有非常大的作用。

1 Retinex算法原理

人類視覺系統(tǒng)的色彩恒常性（即具有對物體顏色的感知與光照條件無關(guān)的能力）對許多表面和光照都成立。例如：特定物體在一定光照條件下總是被看作是相同的顏色。一般來說，彩色視覺恒常性常常會受到場景復雜性和空間深度信息的影響，基于這一點，可以說彩色感知依賴于深度感知。Retinex是視網(wǎng)膜“Retina”和大腦皮層“Cortex”的縮寫，由Land提出的一個如何幫助人類視覺系統(tǒng)（Human Visual System）調(diào)節(jié)感知到的物體顏色和亮度的數(shù)學模型。Retinex算法基本原理是設(shè)定場景中的圖像是由物體反射圖像和光源圖像兩部分組成的，真正需要獲得的是反應(yīng)物體本身的反射圖像，此圖像是物體本身的屬性，不受外界環(huán)境的影響。Retinex算法分為單尺度算法和多尺度算法，下面分別做簡要介紹。

1.1 單尺度Retinex算法

需要注意的是標準尺度大小影響圖像增強效果，決定細節(jié)多少信息被保留。越小，能夠完成動態(tài)范圍壓縮，但是色調(diào)會變淡，出現(xiàn)假影；越大，圖像銳化效果增強，通常尺度選擇在80～100，可以得到較好平衡。單尺度算法簡便，效果處理好，是目前受關(guān)注度較高的一種方法。

1.2 多尺度Retinex算法

一般在進行Retinex計算時假設(shè)初始光照圖像緩慢變化，但這和實際情況不同。在灰度值跳躍變化的區(qū)域邊緣處圖像的光照亮度并不平滑。在這種情況下，普通Retinex算法會存在光暈現(xiàn)象，還會出現(xiàn)紋理不清晰、部分顏色發(fā)生扭曲、陰影邊界突兀、邊緣銳化不足等現(xiàn)象。針對上述兩種算法，單尺度Retinex算法不能將圖像的色彩保真度和圖像的細節(jié)清晰度及銳化去噪相融合，在處理過程中因為參數(shù)選擇的單一性，不能使各個處理效果都達到最好的狀態(tài)。多尺度Retinex處理后的圖像，對比度改善有限，且會出現(xiàn)白膜現(xiàn)象，在實際應(yīng)用中需要進行改進。

2 改進Retinex算法及實驗

常規(guī)Retinex算法只是對圖像中像素點進行了調(diào)整，但并未對圖像像素的整體分布進行調(diào)整。圖像的像素經(jīng)過拉伸后得到的圖像能夠顯示更多的細節(jié)，色彩更加豐富。因此，該文通過采用直方圖線性拉伸方式，對圖像像素分布進行調(diào)整，具體處理方法如下。

首先在經(jīng)過Retinex分解得到RGB三個圖像后，求取圖像的最大值和最小值。然后將Retinex的像素值按式（10）填充到0～255的范圍中，這樣能夠通過統(tǒng)一的方法改變整個圖像的灰度值或者圖像一部分區(qū)域的灰度值，從而達到提高對比度的效果，從而消除圖像白膜。

根據(jù)上述改進方法，對同一圖像進行如下實驗。圖1為原始圖像，圖2為直方圖均衡化處理圖像，圖3為單尺度算法處理圖像，圖4為多尺度算法處理圖像，圖5為本文改進算法處理圖像。

3 結(jié)論及分析

根據(jù)實驗結(jié)果可以看出，圖像經(jīng)過直方圖均衡化處理后，圖像亮度有所降低，對比度有較大提高。而單尺度算法方法在亮度和對比度二者不能很好的平衡。多尺度算法在降低亮度的同時，對比度有所提高，但出現(xiàn)了白膜效應(yīng)。而采用改進后的Retinex算法可以提高圖像對比度的同時亮度也有所提高，具有較好視覺效果。

對含霧圖像進行清晰化處理，提高了圖像的對比度，增強圖像的顏色特質(zhì)，達到能夠增加圖像清晰度的目的，使圖像細節(jié)信息更加突出。為在特定海域采集獲取清晰艦船信息，為提升獲取海洋侵權(quán)目標的能力提供了理論基礎(chǔ)。

參考文獻

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