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1、HUNAN UNIVERSITY 毕 业 论 文 论文题目 交通视频图像雾霭 去除算法研究 学生姓名 学生学号 专业班级电子信息工程 1101 班 学院名称电气与信息工程学院 指导老师 学院院长 2015 年 5 月 25 日 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 I 页 摘 要 雾霾天气条件下，交通监控系统采集到的图像会出现图像模糊不清、对比度下降 等一系列问题，这些退化的图像不但其应用价值低，还会给图像采集与处理系统带来 困难。因此对交通视频图像雾霭去除算法的研究有非常重要的意义。 本文深入研究了当前存在的几种图像去雾算法，将基于图像增强的去雾算法与基 于物理模型的去雾算法作了一个简单的
2、比较，然后进一步对基于暗通道先验的去雾算 法进行了学习与研究，并加以改进，提高了算法去雾的效果与速度。 关键词：图像去雾，清晰度，图像增强，暗通道先验 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 II 页 Abstract Fog and haze conditions, traffic monitoring system acquired images will appear blurred image, the contrast is reduced and other issues, low degradation of these images not only its value, bu
3、t also difficult to image acquisition and processing system. Therefore, removing the fog of traffic video image algorithm has a very important significance. Paper studies several image defogging algorithms currently exist, will be based on image enhancement algorithm based defogging defogging algori
4、thm physical model made a simple comparison, and further based on a priori go dark passage fog algorithms learning and research, and to improve and increase the effectiveness and speed of the algorithm to fog. Keywords: image defogging, sharpness, image enhancement, dark passage priori 键入文字湖南大学毕业设计
5、(论文 )第 III 页 目 录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1.1 课题研究的背景和意义 1 1.2 智能交通系统简介及其发展状况 3 1.2.1 智能交通系统简介 3 1.2.2 智能交通系统的发展状况 4 1.3 图像去雾国内外研究现状.6 1.3.1 基于图像增强的图像去雾研究 6 1.3.2 基于物理模型的图像去雾研究 7 1.4 图像去雾技术面临的挑战 8 第二章第二章 图像去雾理论图像去雾理论 9 9 2.1 图像去雾算法分类 9 2.2 基于图像增强的去雾算法.9 2.2.1 直方图均衡化.9 2.2.2 基于 Retinex 方法的图像去雾 .11 2.2.3 对比度增
6、强 .14 2.3 基于物理模型的去雾算法 .16 2.3.1 基于场景深度已知的图像去雾 .16 2.3.2 基于深度信息的图像去雾 .16 2.3.3 基于先验信息的图像去雾 .16 2.4 图像去雾算法性能评价指标 .18 2.4.1 主观评价指标 .18 2.4.2 客观评价指标 .19 第三章第三章 基于暗通道先验的去雾算法基于暗通道先验的去雾算法 2121 3.1 雾天成像基本原理 .21 3.1.1 雾的形成 .21 3.1.2 有雾图像光学模型 .22 3.1.3 雾天成像模型 .23 3.2 暗通道先验原理 .23 3.3 估计大气光值 .25 3.4 透射率的粗略估计 .2
7、6 3.5 透射率的优化 .27 第四章第四章 基于暗通道图像去雾改进算法的研究与分析基于暗通道图像去雾改进算法的研究与分析 3030 4.1 基于形态学开操作的去雾方案 .30 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 IV 页 4.1.1 全局大气光的估计30 4.1.2 估算并细化透射率31 4.1.3 求出清晰图像31 4.2 改进算法的实验结果的评价指标32 4.2.2 主观评价指标 .33 4.2.3 客观评价指标 .36 4.3 几种常见的去雾算法结果比较与分析37 第五章第五章 结论结论 3939 致致 谢谢 4040 参参 考考 文文 献献 4141 键入文字湖南大学毕业设计
8、(论文 )第 1 页 第一章 绪 论 1.1 课题研究的背景和意义 随着现代化工业文明的快速发展，人们的生活节奏加快，汽车作为一种代 步工具已得到了广泛地普及。截至 2014 年底，我国机动车保有量已达 2.64 亿 辆，其中汽车 1.54 亿辆。机动车驾驶人突破 3 亿人，其中汽车驾驶人超过 2.46 亿人。汽车数量和汽车驾驶人的大幅度增加，各种交通问题也随之而来。 1）交通事故频发 据统计，2014 年一季度，全国发生涉及人员伤亡的道路交通事故 40283 起， 造成 10575 人死亡、直接财产损失 2.1 亿元。城市交通安全问题日益严重。 2）交通拥堵严重 城市的拥堵问题的引起主要是机
9、动车数量的大幅上升。据有关研究显示， 因交通拥堵问题，中国 15 座城市几乎每天要损失近 10 亿元。就举北京为例， 随着机动车数量的迅速增长，预计在 2015 年至 2020 年期间，北京的交通需求 将会达到规划路网的最大容量，如果不采取相应的措施，到时交通拥堵将会呈 现“灾难性”的状态，整个路网的拥堵指数将有可能达到 0.95。 3）雾霾影响交通及其系统 如下图 1.1 为雾霾条件下拍摄的交通监控图像，雾霾天气条件下，图像会 发生退化现象，而这种现象会造成图像的模糊不清、对比度下降等等，如果是 彩色图像还会出现严重的颜色失真和错位现象。这些质量差的图像不但会降低 其应用价值，还会给图像采集
10、与处理系统带来困难。如在高速公路上，若出现 天气恶劣的情况（像雾霾、雨天等），采集到的图像就会有退化现象，使得视 频监控器无法正常监视路面状况和了解路面车辆信息；在国家安全的军事行动 中，这种退化图像会产生一些不精确的信息，从而会导致决定性行动方案的偏 差，甚至可能产生无法挽回的后果。因此，雾霾天气下也会影响智能交通设备， 因为现如今大部分视频监控系统采用的是可见光成像，在雾霾天气下，图像色 彩将会变暗、对比度降低、图像清晰度也会变低，由此一些细节就会无法被察 觉，从而导致监控系统失灵。 为了改善和解决这些交通问题，智能交通系统是最有用的手段，而智能车 则是智能交通系统中必不可少的环节。 智能
11、车辆包括计算机视觉、计算机控制、传感器应用和车辆工程等领域， 即智能车辆的研究就是计算机视觉与计算机控制研究的综合体现。智能车体系 框架如下图 1.2： 当驾驶车辆时，驾驶员所获取的信息几乎全部来自于视觉。而交通信号指 示、道路标志等等都可以看作是视觉通讯语言。 考虑到一个具有实际价值的智能车辆系统必须得具备实时性、鲁棒性和实 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 2 页 用性。其中实时性是系统的数据处理必须要与车辆的高速行驶同步；鲁棒性则 是指智能车辆对不同的道路环境（如高速公路、普通公路等） 、复杂环境（如车 道线的宽度、路面的宽度、动态障碍及车流等等）及复杂多变的气候环境（如 日照、雾
12、霾、阴雨等等）都具有良好的适应性；实用性则是要求智能车辆在体 积和成本上能成为普通用户的钟爱群体。而本文研究的只是针对有雾环境下实 现智能车辆的研究。为了在有雾环境下准确并有效地获取系统的指令或者车辆 四周的信息时，图像去雾算法研究应运而生。 (a) (b) 图 1.1 雾霾条件下拍摄的图像 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 3 页 视觉系统DGPS/INS雷达激光扫描器控制中心 车辆导航&控制 车辆诊断系统 车辆导航 &控制 电子副驾驶 传感器数据 CAN 车辆动作命令 数据采集 &记录 CAN 图 1.2 智能车辆体系框架 1.2 智能交通系统简介及其发展状况 1.2.1 智能交通系
13、统简介 智能交通系统1(Intelligent Transportation System，简称 ITS)是未来 交通系统的发展趋势，它是将领先的信息技术、数字通讯技术、电子传感技术 以及计算机技术等集成应用到交通运输管理系统中，从而来建立一种交通运输 及管理系统，该系统具有实时、准确、高效的综合性能。智能交通系统组成如 表 1.1 所示。 智能交通系统的作用是通过人与车的和谐来提高交通运输效率，同时，缓 解道路交通拥堵，降低交通事故发生率，减少能源浪费和环境污染。 目前世界上应用最广泛的地区是日本，如日本的 VICS 系统相当成熟，其次 是美国、欧洲等地区也普遍应用。 表 1.1 智能交通系
14、统的组成 键入文字湖南大学毕业设计 (论文 )第 4 页 序号基本系统子 系 统目 标 7 6 5 4 3 2 1 提高公共交通的可靠性、安全 性及其生产效率，使公共交通 对潜在用户更具有吸引力 先进的车 辆控制和 安全系统 应急管理 系统 电子收费 系统 营运车辆 运行系统 公共交通 营运系统 出行需求 管理系统 交通管理 系统 使所有地面交通收费系统实现自 动化，以减少用现金收费所产生 的交通延误 应急车辆管理子系统 突发事件通报和人员安全子系统 纵向碰撞预防子系统 横向碰撞预防子系统 交叉路口碰撞预防子系统 改善视野防撞子系统 安全预警子系统 预先抑制事故子系统 自动化公路子系统 提高对
15、突发交通事件的报告和反应 能力，改善应急反应的资源配置 为驾驶员提供各种形式的避撞和安 全保障措施，以改善驾驶员对行车 环境的感应和控制能力 电子收费子系统 使营运车辆的安全性和生产效 率得到提高，使公路系统的所 有用户都能或抑郁更为安全可 靠的公路环境 营运车辆进出关电子管理子系统 自动化路边安全检察子系统 营运车队管理子系统 车辆安全监视子系统 营运车队管理子系统 危险物品事故反应子系统 在途交通子系统 公共交通管理子系统 满足个人需求的公共交通子系统 公共交通安全子系统 预先旅行信息子系统 搭乘匹配管理子系统 出行需求管理子系统 提高人们的出行能力和安全系数， 合理选择出行方式和路线，从
16、而使 路网的交通流获得平衡分配 在途驾驶员信息子系统 旅行服务信息子系统 路线指导子系统 事故处理子系统 交通控制子系统 排放检测与控制子系统 通过提供一系列信息服务，帮助 出行者正确选择行驶路线；帮助 交通管理部门对车辆进行有效的 实时疏导、控制和处理事故 1.2.2 智能交通系统的发展状况 1）国外智能交通系统的发展状况 交通堵塞已经成为很多国家或地区的一个棘手问题，因为交通拥堵会造成 汽车延时、汽油的浪费和尾气的排放量都会出现成倍地增加。目前，在国际上 推动 ITS 发展代表是 3 大组织2：美国的 ITS America、日本的 VICS 和欧洲的 ERTICO。 美国 ITS 发展 美国 ITS 的发展是始于 20 世纪 60 年代末期的电子路径导向系统，1990 年， 成立了智能化车辆道路系统（IVSH） ；1994 年改名为 ITS；其主要目标是从根本 上减轻事故、减能源的浪费等各
