基于暗通道先验的图像去雾算法解析与实现
创作时间:
作者:
@小白创作中心
基于暗通道先验的图像去雾算法解析与实现
引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/hhhhhhhhhhwwwwwwwwww/article/details/145707812
图像去雾是计算机视觉领域的重要研究方向之一,广泛应用于摄影、遥感、自动驾驶等领域。基于暗通道先验的图像去雾算法是目前最常用的算法之一,其核心思想是利用无雾图像中局部区域至少存在一个颜色通道的像素值趋近于零的特性来恢复清晰图像。本文将详细介绍该算法的原理和实现步骤。
一、算法背景
何凯明团队于2009年提出的暗通道先验去雾算法《single image haze removal using dark channel prior》,通过统计发现:在无雾图像的局部区域中,至少存在一个颜色通道的像素值趋近于零。这一发现为图像去雾提供了重要的理论依据,其数学模型可表示为:
I(x) = J(x)t(x) + A(1 - t(x))
其中:
- I(x):观测到的有雾图像
- J(x):待恢复的无雾图像
- t(x):透射率
- A:全局大气光值
二、算法原理
1. 暗通道计算
通过取RGB三通道最小值并进行形态学腐蚀操作:
def dark_channel(img, size=15):
r, g, b = cv2.split(img)
min_img = cv2.min(r, cv2.min(g, b))
kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (size, size))
return cv2.erode(min_img, kernel)
2. 大气光估计
选取图像中最亮像素的0.1%作为大气光值:
def get_atmo(img, percent=0.001):
mean_perpix = np.mean(img, axis=2).reshape(-1)
mean_topper = mean_perpix[:int(img.shape[0] * img.shape[1] * percent)]
return np.mean(mean_topper)
3. 透射率估计
t(x) = 1 - ω ⋅ dark_channel(I/A)
def get_trans(img, atom, w=0.95):
x = img / atom
return 1 - w * dark_channel(x, 7)
4. 引导滤波优化
使用灰度图作为引导图像进行透射率优化:
# 引导滤波
def guided_filter(p, i, r, e):
"""
:param p: input image
:param i: guidance image
:param r: radius
:param e: regularization
:return: filtering output q
"""
# 1
mean_I = cv2.boxFilter(i, cv2.CV_64F, (r, r))
mean_p = cv2.boxFilter(p, cv2.CV_64F, (r, r))
corr_I = cv2.boxFilter(i * i, cv2.CV_64F, (r, r))
corr_Ip = cv2.boxFilter(i * p, cv2.CV_64F, (r, r))
# 2
var_I = corr_I - mean_I * mean_I
cov_Ip = corr_Ip - mean_I * mean_p
# 3
a = cov_Ip / (var_I + e)
b = mean_p - a * mean_I
# 4
mean_a = cv2.boxFilter(a, cv2.CV_64F, (r, r))
mean_b = cv2.boxFilter(b, cv2.CV_64F, (r, r))
# 5
q = mean_a * i + mean_b
return q
三、完整实现代码
import cv2
import numpy as np
import os
# 计算雾化图像的暗通道
def dark_channel(img, size=15):
r, g, b = cv2.split(img)
min_img = cv2.min(r, cv2.min(g, b)) # 取最暗通道
kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (size, size))
dc_img = cv2.erode(min_img, kernel)
return dc_img
# 估计全局大气光值
def get_atmo(img, percent=0.001):
mean_perpix = np.mean(img, axis=2).reshape(-1)
mean_topper = mean_perpix[:int(img.shape[0] * img.shape[1] * percent)]
return np.mean(mean_topper)
# 估算透射率图
def get_trans(img, atom, w=0.95):
x = img / atom
t = 1 - w * dark_channel(x, 15)
return t
# 引导滤波
def guided_filter(p, i, r, e):
"""
:param p: input image
:param i: guidance image
:param r: radius
:param e: regularization
:return: filtering output q
"""
# 1
mean_I = cv2.boxFilter(i, cv2.CV_64F, (r, r))
mean_p = cv2.boxFilter(p, cv2.CV_64F, (r, r))
corr_I = cv2.boxFilter(i * i, cv2.CV_64F, (r, r))
corr_Ip = cv2.boxFilter(i * p, cv2.CV_64F, (r, r))
# 2
var_I = corr_I - mean_I * mean_I
cov_Ip = corr_Ip - mean_I * mean_p
# 3
a = cov_Ip / (var_I + e)
b = mean_p - a * mean_I
# 4
mean_a = cv2.boxFilter(a, cv2.CV_64F, (r, r))
mean_b = cv2.boxFilter(b, cv2.CV_64F, (r, r))
# 5
q = mean_a * i + mean_b
return q
def dehaze(im):
img = im.astype('float64') / 255
img_gray = cv2.cvtColor(im, cv2.COLOR_BGR2GRAY).astype('float64') / 255
atom = get_atmo(img)
trans = get_trans(img, atom)
trans_guided = guided_filter(trans, img_gray, 20, 0.0001)
trans_guided = cv2.max(trans_guided, 0.25)
result = np.empty_like(img)
for i in range(3):
result[:, :, i] = (img[:, :, i] - atom) / trans_guided + atom
return result * 255
if __name__ == '__main__':
image_path= 'images/img.png'
im = cv2.imread(image_path)
img = im.astype('float64') / 255
img_gray = cv2.cvtColor(im, cv2.COLOR_BGR2GRAY).astype('float64') / 255
atom = get_atmo(img)
trans = get_trans(img, atom)
trans_guided = guided_filter(trans, img_gray, 10, 0.0001)
trans_guided = cv2.max(trans_guided, 0.25)
result = np.empty_like(img)
for i in range(3):
result[:, :, i] = (img[:, :, i] - atom) / trans_guided + atom
cv2.imwrite('images/img.png', result * 255)
热门推荐
8张图 | 讲清楚影响港股走势的宏观因素
房屋住宅风水常识
如何撰写科研项目推荐信模板
关键词推广如何优化?关键词推广策略有哪些?
苏荣整脊通八经践行者“摸骨正脊术”在时代变迁中愈发耀眼
头上有脂溢性皮炎怎么治
虚幻5全局光照和光追区别
水质监测与评估方法
省农科院专家团队赴木兰县开展大豆种植技术培训
询问笔录什么时侯立
MNIST 数据集详解:手写数字识别的经典数据集
上海博物馆预约攻略:详细流程与常见问题解答
物理计算题答题规范与解题技巧
海南哪些地方生活物价低:探寻海南性价比高的生活区域
爱因斯坦引力场方程
超对称性理论与超粒子:物理学前沿探索
鸿茅药酒:看历史洪流中药与酒的融合之道
自组NAS高手秘籍:主板CPU与Intel HD610集显的搭配艺术
逍遥散配方剂量详解
股票市场动态:如何关注市场动态并及时调整投资策略
DeepSeek为何影响英伟达股价?用大白话说DeepSeek
腰椎不好适合什么运动?医生推荐这5种运动
整合资源:创业成功的关键步骤
儿童肺炎支原体肺炎诊断与治疗循证指南(2024年版)解读
DHL国际快递的官方清关步骤指南
淡定刮中25万:苏州男子兑奖反应引发热议
北京眼科医生及高人气口碑医院排名全解析2025
流感季来临,检验医生带您认识C反应蛋白
拒绝外战外行!海港再会横滨:拿出踢中超的自信!
异地恋怎么坚持下去?三招教你走出感情瓶颈