專利名稱：一種抗雪干擾圖像采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于戶外攝像技術(shù)，特別涉及一種除雪裝置，對受到雪衰減的圖像進(jìn)行復(fù)原的裝置。
背景技術(shù)：
目前的圖像采集裝置的設(shè)計都是針對天氣狀況良好的情況。但是，在不良的天氣條件下，如雪天，圖像的質(zhì)量嚴(yán)重退化，甚至目標(biāo)模糊，難以辨認(rèn)。這種情況嚴(yán)重影響了監(jiān)控裝置的穩(wěn)定性，同時受到天氣干擾而退化的圖像還會影響到其它系統(tǒng)的正常工作。因此有必要對受天氣影響圖像進(jìn)行復(fù)原，消除不良天氣對圖像質(zhì)量的影響，以保證裝置的穩(wěn)定性。近年已有從衰減和交叉極化考慮天氣條件對陸地通信線路以及衛(wèi)星通信線路的影響，這些研究均不是在可見光波段的。在可見光波段，天氣條件對相機(jī)拍攝圖像影響的研究則很少，有的文獻(xiàn)是通過大氣調(diào)制傳遞函數(shù)來對圖像進(jìn)行復(fù)原，有的文獻(xiàn)是通過建立可見光在大氣中傳輸?shù)奈锢硗嘶Ｐ蛠碇亟▓D像。但是這些研究均僅限于將大氣視為一種穩(wěn)定介質(zhì)，從物理光學(xué)的角度建立光在大氣中傳輸?shù)耐嘶Ｐ?，然后對圖像進(jìn)行復(fù)原。然而， 不穩(wěn)定介質(zhì)對圖像影響的研究則是一個完全不同的領(lǐng)域。為了能夠從雪花污染的視頻中去除雪花的影響，需要設(shè)計一種除雪攝像裝置。該攝像裝置在進(jìn)行戶外攝像時應(yīng)該有效地抑制天氣條件給攝像效果帶來的影響。在雪天氣條件下，該攝像裝置能夠?qū)ε臄z到的受天氣干擾而退化的圖像進(jìn)行復(fù)原，將退化圖像復(fù)原到比較清晰的情況，使得在惡劣天氣條件下，戶外攝像裝置依然能夠保持較好的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對戶外攝像裝置中存在的技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、圖像清晰度高、復(fù)原效果好、使用方便、成本低的除雪攝像裝置，適用于交通道路監(jiān)測等戶外拍攝的環(huán)境。本發(fā)明包括攝像機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、通訊接口、計算機(jī)、雪處理模塊、圖像存儲器、圖像顯示器，攝像機(jī)將攝到的模擬圖像送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字圖像信號經(jīng)通訊接口輸入給計算機(jī)，然后經(jīng)過雪處理模塊將復(fù)原的圖像信號輸送給圖像增強(qiáng)模塊，對復(fù)原的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，然后存儲在存儲器中，同時顯示復(fù)原后的圖像。該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)原效果好、復(fù)原后圖像清晰度高、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使用于交通道路監(jiān)測等戶外拍攝環(huán)境。


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的工作流程圖。圖中1攝像機(jī)、2模數(shù)轉(zhuǎn)換器、3圖像采集器、4通訊接口、5計算機(jī)、6除雪處理模塊、7圖像增強(qiáng)模塊、8圖像存儲器、9圖像顯示器。
具體實施例方式結(jié)合實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方案和工作過程。如圖1所示，一種抗雪干擾攝像裝置，包括攝像機(jī)1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、圖像采集器3、 通訊接口 4、計算機(jī)5、除雪處理模塊6、圖像增強(qiáng)模塊7、圖像存儲器8、圖像顯示器9。攝像機(jī)1將拍攝圖像信號輸送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)圖像采集器3采集后通過通訊接口 4輸送給計算機(jī)5計算物理模型參數(shù)和光度模型參數(shù)，再輸送給除雪處理模塊6、除雪處理模塊6根據(jù)計算機(jī)5計算模型的參數(shù)模擬天氣條件對圖像衰減的逆過程對圖像序列進(jìn)行除雪到復(fù)原圖像，再輸送給圖像增強(qiáng)模塊 7，最后在圖像存儲器8、圖像顯示器9中存儲和顯示復(fù)原后的圖像。如圖2所示，本發(fā)明的工作流程是
(1)初始化，對攝像系統(tǒng)的各個部分進(jìn)行初始化，包括對攝像機(jī)參數(shù)的設(shè)定，對采樣周期的設(shè)定和對圖像顯示器的初始化。(2)采集圖像，攝像機(jī)拍攝的圖像首先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化器處理，將攝像機(jī)拍設(shè)的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像序列，然后通過圖像采集器采集圖像，通過數(shù)據(jù)接口將圖像輸入計算機(jī)。(3)是否超過閾值，每隔一定周期對輸入計算機(jī)的圖像進(jìn)行采樣，通過判斷圖像的像素亮度來判斷圖像的衰減程度，如果圖像受衰減程度很小，在閾值范圍之內(nèi)，則不需要經(jīng)過圖像復(fù)原過程，圖像通過顯示器直接顯示。如果天氣條件惡劣，圖像受到天氣條件影響比較嚴(yán)重，圖像的像素亮度高于閾值范圍，則需要計算檢測圖像中的雪，對圖像序列進(jìn)行除霧處理，將圖像復(fù)原。(4)檢測受雪影響的候選像素，應(yīng)用光度模型的約束去檢測在視頻中每幀受雪影響的侯選像素。由于一雪花在單位幀持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生正的亮度波動，因而， 為發(fā)現(xiàn)第η幀侯選雪的像素，我們僅需考慮每一像素相應(yīng)的三幀n-l，n，n+l的亮度
4-1 , 4和4+1 。在這三幀中如果背景保持固定，那么亮度I1和4+1相同，在第η幀由于雪產(chǎn)生的亮度變化必須滿足限定Δ/二 4-，這里C是一極限值，代表有
噪聲時檢測的雪花的亮度最小變化。應(yīng)用約束C取廣20的整數(shù)進(jìn)行了實驗，檢測出的幾乎所有被雪花污染的像素。(5)消除虛假雪花信號，對于第η幀中某個雪花污染的像素，我們驗證它們的亮度變化值u與背景亮度/“是否線性相關(guān)，應(yīng)用等式Δ/ = -+ β=τ丨T，a = i:Er估計
出線性適當(dāng)?shù)撵吨?，若盧e
則位于可接受范圍之外去掉。其中，f為攝像機(jī)曝光時
間；^為雪花停留在單個像素上時間;Et.為雪花輻射光強(qiáng)在時間[Osτ]的均值。(6)進(jìn)一步去除虛假信號
應(yīng)用雪花的動力學(xué)模型，進(jìn)一步去除殘留的錯誤點(diǎn)。考慮相機(jī)觀測一定區(qū)域的雪。雪花隨機(jī)分布在這個區(qū)域內(nèi)，并且以一定的速度下落。雪花在圖像平面上的投影產(chǎn)生了隨時間變化的隨機(jī)場，這個隨機(jī)場表示了圖像空間中雪花的動力學(xué)。在此只考慮雪在圖像上的投影，而不考慮雪的空間密度。因此，雪的動力學(xué)可以用二元場表示為態(tài)(Pj)=Ist雪粒在時間力時出現(xiàn)在位置；其中，-代表圖像中的空間坐標(biāo)，t代表時
間。則相關(guān)函數(shù)雙/“‘ 3)僅依賴圖像坐標(biāo)的差和時間差ΔΙ = - ,則相關(guān)函數(shù)可表示為
相關(guān)性上/+^ΔΜ+Δ )是一高值。這是在連續(xù)范圍內(nèi)的相關(guān)性。由于成像系統(tǒng)有一個有限的像素尺寸和曝光時間Γ。則在一個離散的范圍內(nèi)，
表示相關(guān)性。這里表亍整數(shù)圖像坐標(biāo)內(nèi)的位移，n表示總幀數(shù)上的滯后時間，任意結(jié)構(gòu)離散的二元領(lǐng)域通過求持續(xù)時間Γ內(nèi)連續(xù)二元領(lǐng)域的積分。因而，計算相關(guān)性見(AVF)相當(dāng)于計算在整個時間間隔內(nèi)見(ν>Ι，Δ!)的值。作為一
個結(jié)論，對所有被距離分割像素而言，《rs ps》b+:or是一高值。表明像素在0點(diǎn)滯
后時間的相關(guān)性很高。這里0S ji^MT。由雪產(chǎn)生的二元領(lǐng)域，在雪方向上的
相鄰像素間存在很強(qiáng)的時間相關(guān)性，在一系列幀·，《-1…，《-/}中，應(yīng)用估計的二元領(lǐng)域
b，我們計算局部區(qū)域的相鄰的每一個像素的零階線性相關(guān)性。即我們估算
，這里，％和巧從_(/-1)/2變化到(1-1)/2。為獲得一較好的估計，我們把相鄰的像素
的值夂平均。那些相關(guān)很小并且不具有方向相關(guān)性的像素被剔除，在應(yīng)用了光度測定和動力學(xué)模型后，就可有效地檢測出了被雪花污染的像素。(7)除雪處理，視頻圖像被分割成含雪花和不含雪花的區(qū)域后，用以下方法去除視頻圖像中每幀圖像的雪花。首先對第《-2、《-1、《 + 1、《 + 2這4幀圖片中的亮度進(jìn)行大小排序，然后用其中亮度小的2幀圖片(例如第幀和第《 + 1幀)像素亮度的均值
+ 替代它的亮度/B，即我們只需要用任意2個已知沒有被雪花污染的相鄰像素亮度的均值來代替該點(diǎn)就可以了。(8)圖像增強(qiáng)，經(jīng)過圖像復(fù)原后的圖像亮度都有一定程度的衰減，通過直方圖增強(qiáng)算法對亮度值較低的復(fù)原圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，恢復(fù)圖像的亮度，使處理后的圖像更加清晰。(9)存儲圖像，對復(fù)原后的圖像進(jìn)行存儲。(10)顯示圖像，經(jīng)過復(fù)原和增強(qiáng)后的圖像經(jīng)過顯示器顯示。抗雪干擾圖像采集系統(tǒng)主要針對戶外圖像的拍攝，對圖像的處理進(jìn)行了改進(jìn)，引入了光度模型和動力學(xué)模型對受到雪花干擾的圖像進(jìn)行復(fù)原，增強(qiáng)了戶外攝像系統(tǒng)的魯棒性，提高了圖像采集系統(tǒng)的工作效率。
權(quán)利要求
1. 一種抗雪干擾圖像采集裝置，其特征是，包括攝像機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、通訊接口、計算機(jī)、除雪處理模塊、圖像增強(qiáng)模塊、存儲器和顯示器，攝像機(jī)采集到的圖像信號輸送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字圖像信號輸送給計算機(jī)，在經(jīng)除雪處理模塊將復(fù)原圖像信號送給圖像增強(qiáng)模塊，最后存儲在存儲器中，同時在顯示器中顯示。
全文摘要
一種抗雪干擾圖像采集裝置，包括攝像機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、通訊接口、計算機(jī)、雪處理模塊、圖像存儲器、圖像顯示器，攝像機(jī)將攝到的模擬圖像送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字圖像信號經(jīng)通訊接口輸入給計算機(jī)，然后經(jīng)過雪處理模塊將復(fù)原的圖像信號輸送給圖像增強(qiáng)模塊，對復(fù)原的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，然后存儲在存儲器中，同時顯示復(fù)原后的圖像，該發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)原效果好、復(fù)原后圖像清晰度高、使用方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使用于交通道路監(jiān)測等戶外拍攝環(huán)境。
文檔編號H04N7/18GK102572375SQ201010574888
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者劉茜, 董慧穎 申請人:沈陽理工大學(xué)