基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾

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1、基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾摘要：为了解决基于暗通道先验的图像去雾算法运行效率低下的问题以及天空等明亮灰白区域去雾后的色彩失真问题，提出一种基于边缘保持滤波的单幅图像快速去雾算法。首先根据暗通道先验规律，得到粗略的透射率图和大气光估计值；然后用边缘保持滤波算法对粗略透射率滤波得到细节平滑、轮廓清晰的精细透射率再用阈值法对灰白明亮区域的透射率修正，之后用边缘保持滤波算法对修正后的透射率进行平滑，得到最终的透射率图。根据估计的大气光和透射率，利用大气散射模型即可恢复出无雾图像。经测试，该算法不仅具有很高的运行效率，而且对各种类型

2、的薄雾像都有较好的去雾效果。客观评测也表明，该算法在对比度增强程度、色调还原程度、结构信息复原程度方面的综合指标都优于其他算法。另外，所提算法还能够实现图像处理器像素级的并行运算，对于分辨率为1280像素X1024像素的彩色图像，用型号为NVIDIAGeForce9800GT的GPU处理，速度可达10帧/s。关键词：去雾算法；暗通道先验；边缘保持滤波中图分类号：TP751.2文献标志码：A文章编号：0253-987X03-0143-08图3为修正前后的透射率图，相应恢复出的去雾图像如图4所示。可以看出，经过透射率修正的算法对天空等

3、明亮区域的处理效果要好很多，颜色没有失真，但是修正后的透射率图中出现了较明显的块效应，在灰白区域面积比较大时尤为明显，这主要是因为利用阈值的方法对透射率进行修正时，对灰白区域的透射率放大了k倍，使得原本平滑的透射率变得不平滑。1.4边缘保持滤波平滑修正后的透射率为了消除修正透射率图中的块效应，本文仍然采用边缘保持滤波对其平滑。图5、图6给出了用边缘保持滤波对修正后的透射率进行平滑前后的对比图，以及相应复原的对比图像。可以看出，平滑后的透射率图，整体过渡平滑、浑然一体，与实际情景更为接近，复原图的颜色也更明亮。在估计出大气光、场景透

4、射率之后，即可根据式所示的大气散射模型复原无雾图像。2算法的并行度、时间复杂度分析表1给出了本文提出的快速去雾算法主要包括的6个步骤及其主要实现的运算，并分析了最大并行度。根据结果可知，本文提出的算法能够实现像素级的并行运算，且可以通过GPU实现加速。本文提出的边缘保持滤波算法的另一个重要优势是时间复杂度低，仅为o。因为算法运行时间与滤波半径无关，所以可任意选择滤波半径，再通过式〜式得到输出结果。这些式中的所有求和运算都能用boxfilter实现，boxfilter可由时间复杂度为O的图像积分技术实现，因此边缘保持滤波的时间复杂度

5、也是O。3测试结果及分析基于上述算法以及实现过程，分别从图像复原质量主/客观评测、算法运行效率评测两个方面对本文算法进行了测试，并给出了测试结果。另外，由于大多数文献都与He算法进行了对比测试，为了有一个统一的参考评判标准，本文也包含了与He算法的去雾效果对比、算法效率对比。3.1图像复原质量主、客观评测为了全面评测本文算法去雾图像的质量，本文选取了4幅具有代表性的图像：不包含天空区域的房屋图像；包含少量天空区域的故宫图像；天空区域占一半的风景图像；包含大片天空区域的公路图像。同时，分别用本文算法、He算法、Zhang算法、Sun

6、算法和Shi算法进行去雾，测试结果如图7所示。主观来看，He算法复原后的图像整体偏暗，而且对天空等灰白区域的处理效果不好，尤其是浓雾情况下，复原像的天空出现了明显的色彩失真。Shi的算法是基于软件抠图算法的改进算法，即不对整幅图像进行计算，只对梯度变化大的地方进行计算，从而减少了计算量，所以Shi算法的去雾效果和He算法比较接近。Zhang算法复原后的图像整体亮度偏高，但对不含天空的图像去雾处理后色彩过于饱和、浓重，且对包含大面积天空区域的图像去雾处理后略有颜色失真。Sun算法复原后的图像整体泛黄，且有相当高的局部亮度，这是因为该

7、算法中的大气光强度估计值是通过减去固定常数而得到，因此天空等灰白区域复原的时候容易计算溢出，即为纯白色。综合来看，本文算法对各类型图像都取得了比较好的复原效果，既没有色彩失真，也没有颜色过饱和的问题，比较自然。参考目前己有的图像质量评价方法，本文从对比度增强系数、色彩还原程度和场景结构信息还原能力3个方面对去雾图像质量进行客观评价，如表2〜表5所示。从结果可以看出：He算法对含有大量灰白区域的图像复原后色彩有些失真，色调还原程度为负值；Sun算法对含有天空等灰白区域的图像复原后出现了亮度饱和现象，且在所有的对比算法中，有着过高的对

8、比度增强系数；本文算法在对比度增强系数、色调还原程度和结构相似度上，都没有弱项指标，整体去雾效果和综合指标要优于He算法、Shi算法、Zhang算法和Sun算法。3.2本文算法与其他算法的运行效率对比测试为了评估本算法运行效率，基于Matlab平台