[发明专利]一种基于图像退化模型的大气能见度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于图像退化模型的大气能见度计算方法，属于图像处理领域。根据McCartney大气散射模型，将图像退化模型分解为入射光衰减模型和大气光成像模型，建立图像复原模型，由原始图像I计算出清晰图像J；利用消光系数与能见度、波长存在的关系，建立能见度与原始图像I和清晰图像J之间的关系。在不同的能见度下分别各获取一张原始图像，利用能见度与原始图像I和清晰图像J之间的关系，计算各能见度对应的清晰图像，利用四个图像质量指标采用极差变换法分别进行归一化后加和，得到该图像的综合评价，选择最好的清晰图像对应的能见度作为待求解数值，通过定量和定性的对应关系，得到能见度定性结果。本发明成本低，易实施，自动化实现，避免人为误差。

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于图像退化模型的大气能见度计算方法。

背景技术

能见度是气象观测的常规项目之一，它反映了人眼透过大气可以辨识物体的最远距离，也是间接描述大气污染程度的一个重要参量，在国民经济中许多方面都有重要应用。在气象学上，能见度是识别气团特性的关键参数之一，它代表了大气光学状态。近年来由于雾、霾、沙尘暴以及暴雨(雪)等天气现象造成的大气低能见度，是制约国民经济发展的重要因素，逐步开展能见度预报是保障国民经济良好发展的重要工作。

当前最主要的能见度测定方法有目测法与器测法(大气透射、散射仪法)。人工目测具有主观性，其规范性和客观性相对较差，能见度的观测值取决于观测者对于目标物的光度测定和尺度的特征，以及对比阔值，因此测量结果在一定程度上并不准确；相对于目测法的不足，器测法在这些方面显示出一定的优势，观测仪器能够在每间隔很短的一段时间对能见度进行测量，随着观测数据基数增多，精度也相应得以提高。但是，目前的能见度观测仪器存在设备造价高、调试复杂、大规模应用时工作量和成本巨大等问题，无法进行密集架设，难以实现大气能见度的全方位实时监测。

发明内容

针对上述能见度估计的重要性和当前方法的局限性，本发明提出了一种基于图像退化模型的大气能见度计算方法。

具体步骤如下：

步骤一、根据经典的McCartney大气散射模型，将图像退化模型分解为入射光衰减模型和大气光成像模型，进而建立图像复原模型，由成像设备实际捕获的原始图像I计算出清晰图像J；

图像退化模型分解公式如下：

I＝J·t+A(1-t)

其中，I表示成像设备实际捕获的目标物体的原始图像，J表示最终要得到的清晰图像，t＝e^-σd表示由于大气介质的散射和吸收作用所形成的大气透射率，A表示大气光的值。

J·t表示入射光衰减模型；A(1-t)表示大气光成像模型。

由此得到图像复原模型中的清晰图像J为：

步骤二、利用消光系数与能见度、波长存在的关系，建立能见度与原始图像I和清晰图像J之间的关系。

关系式如下：

V表示能见度；κ表示特定消光系数；λ表示光的波长。

步骤三、在不同的能见度下分别各获取一张原始图像，利用能见度与原始图像I和清晰图像J之间的关系，计算各能见度对应的清晰图像；

步骤四、针对每张清晰图像，利用四个图像质量指标采用极差变换法分别进行归一化后加和，得到该图像的综合评价；

每个图像均有四个图像质量指标，分别为图像标准差δ、图像信息熵E、图像色彩自然度CNI和图像色彩丰富度CCI。

首先，针对图像k计算标准差δ，公式如下：