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多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验

周文舟,范晨,胡小平,何晓峰,张礼廉

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周文舟, 范晨, 胡小平, 何晓峰, 张礼廉. 多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验[J]. , 2021, 14(2): 298-306. doi: 10.37188/CO.2020-0099
引用本文: 周文舟, 范晨, 胡小平, 何晓峰, 张礼廉. 多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验[J]. , 2021, 14(2): 298-306.doi:10.37188/CO.2020-0099
ZHOU Wen-zhou, FAN Chen, HU Xiao-ping, HE Xiao-feng, ZHANG Li-lian. Multi-scale singular value decomposition polarization image fusion defogging algorithm and experiment[J]. Chinese Optics, 2021, 14(2): 298-306. doi: 10.37188/CO.2020-0099
Citation: ZHOU Wen-zhou, FAN Chen, HU Xiao-ping, HE Xiao-feng, ZHANG Li-lian. Multi-scale singular value decomposition polarization image fusion defogging algorithm and experiment[J].Chinese Optics, 2021, 14(2): 298-306.doi:10.37188/CO.2020-0099

多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法与实验

doi:10.37188/CO.2020-0099
基金项目:国家自然科学基金面上项目(No. 61773394);国防科技大学科研计划项目(No. ZK18-03-24)
详细信息
    作者简介:

    周文舟(1996—),男,陕西汉中人,硕士研究生,2018年于国防科技大学机电工程与自动化学院获得学士学位,主要从事偏振光成像和偏振光导航方面的研究。E-mail:zwz1119@163.com

    范 晨(1988—),男,陕西渭南人,博士,讲师,2011年于哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院获得学士学位,2013年于国防科技大学机电工程与自动化学院获得硕士学位,2018年于国防科技大学智能科学学院获得博士学位,主要从事偏振视觉成像与测量、组合导航方面的研究。E-mail:fanchen@nudt.edu.cn

    胡小平(1960—),男,四川泸州人,教授,博士生导师,1982年、1985年于国防科技大学机电工程与自动化学院获得学士、硕士学位,主要从事导航制导与控制、仿生导航等领域的研究。E-mail:xphu@nudt.edu.cn

  • 中图分类号:TP394.1;TH691.9

Multi-scale singular value decomposition polarization image fusion defogging algorithm and experiment

Funds:Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61773394); National University of Defense Technology Research Program (No. ZK18-03-24)
More Information
  • 摘要:针对现有偏振去雾算法鲁棒性不强和图像增强效果有限的问题,提出一种基于多尺度奇异值分解的图像融合去雾算法。首先,利用偏振测量信息的冗余特性,采用最小二乘法,提高了传统偏振图像去雾算法中偏振信息的准确度;然后,从传统偏振图像去雾算法的局限性出发,定性分析了偏振图像融合去雾的可行性,并提出了一种基于多尺度奇异值分解的偏振图像融合去雾算法;最后,设计了不同能见度条件下的验证实验并进行了量化评价。结果表明,与经典偏振图像去雾算法相比,该算法不需要进行人工参数调节,具有较强的自适应性和鲁棒性,能够有效改善传统算法中出现的光晕以及天空区域过曝的问题,图像信息熵与平均梯度最大可分别提高18.9%和38.4%,有效地增强了复杂光照条件下的视觉成像质量,具有较广泛的应用前景。

  • 图 1雾霾天气下的相机成像过程

    Figure 1.Imaging process of camera under haze weather

    图 2多尺度奇异值分解的偏振图像融合流程图

    Figure 2.Flowchart of multi-scale singular value decomposition polarization image fusion

    图 3Blackfly型偏振相机

    Figure 3.Blackfly polarization camera

    图 43层MSVD分解结构示意图

    Figure 4.Schematic diagram of the three-layer MSVD decomposition structure

    图 5实验装置图

    Figure 5.Experimental setup

    图 6偏振信息计算结果示意图

    Figure 6.Calculation results of polarization information

    图 7图像融合去雾流程示意图

    Figure 7.Schematic diagram of image fusion defogging process

    图 8能见度6.8 km去雾结果

    Figure 8.Defogging results with a visibility of 6.8 km

    图 9能见度9 km去雾结果

    Figure 9.Defogging results with a visibility of 9 km

    图 10MSCNN去雾结果

    Figure 10.Defogging results of MSCNN

    表 1晴天计算结果

    Table 1.Calculation results in sunny conditions

    平均梯度 信息熵 SSIM
    传统方法 12.8627 2.3589 0.9886
    最小二乘方法 14.6039 2.7229 0.9896
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    表 2雾天计算结果

    Table 2.Calculation results in foggy conditions

    平均梯度 信息熵 SSIM
    传统方法 45.6613 2.5432 0.9709
    最小二乘方法 59.3331 2.9357 0.9177
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    表 3去雾效果定量比较

    Table 3.Quantitative comparison of different defogging algorithms

    能见度/m 信息熵 平均梯度
    原图 高斯滤波算法 Stokes矢量算法 MSCNN 图像融合算法 原图 高斯滤波算法 Stokes矢量算法 MSCNN 图像融合算法
    3900 7.16 6.73 7.42 7.19 7.26 1.53 4.85 6.14 5.13 6.18
    6800 6.56 5.50 7.18 7.11 6.55 1.22 5.79 4.01 5.18 5.55
    9000 7.15 5.46 7.09 7.16 6.28 1.43 4.94 4.05 5.16 5.11
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    表 4去雾时间成本定量比较

    Table 4.Time-cost comparison of different defogging algorithms

    能见度/m 去雾时间/s
    高斯滤波算法 Stokes矢量算法 MSCNN 图像融合用时
    3900 3.25 30.90 37.15 7.25
    6800 4.13 31.01 34.36 7.71
    9000 3.26 30.14 34.33 6.57
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出版历程
  • 收稿日期:2020-06-01
  • 修回日期:2020-07-13
  • 网络出版日期:2021-02-05
  • 刊出日期:2021-03-23

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