[发明专利]一种通过单幅图像估计能见度的方法

说明书

一种通过单幅图像估计能见度的方法，本发明基于对大气粒子分布规律的观测，在理想大气下大气消光系数近似为恒定值时，将对场景大气消光系数β的计算分为理想大气消光系数β₀和当前大气消光系数与理想大气消光系数的比值β/β₀，β₀通过大气辐射学理论计算得到；β/β₀通过图像去雾算法分别计算理想大气伪深度信息β₀d和当前大气伪深度信息βd并做比值得到，通过计算β₀与β/β₀的乘积得到当前场景大气消光系数β，通过计算得到当前场景能见度值。本发明提出理想大气消光系数恒常性假设并成功推导出具体数值，实现了大气传播图e^‑βd中βd的分离，仅依靠单幅图像对能见度进行准确测量，真正实现了无人工干预的全自动检测算法，降低成本且有较强的鲁棒性；能见度估计结果与人眼感受一致，可靠性高。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种图像解析大气能见度方法。

背景技术

能见度是一个在交通、军事、环境和气候变化研究等一系列领域内倍受重视的气象要素。如何方便、准确地测量能见度已成为地面气象研究领域的一项重要任务。

目前,能见度的测量主要通过仪器完成。世界上普遍使用的能见度仪是透射仪和前向散射仪。透射仪在雾滴引起的中低能见度条件下测量结果较为准确,常被用于民航系统,但在有降水(如雨、雪等)或漂尘(如扬沙等)现象发生时,透射仪自身光源引起的前向散射光的影响不容忽视。前向散射仪因其体积小、安装简单、容易维护、测量范围广等特点,在航空、码头、高速公路等部门得到了广泛地应用,但在不同类型气溶胶条件下前向散射仪需要不同的修正,且非常小的采样体积的代表性也是需要考虑的问题。

随着计算机视觉技术的发展，基于数字摄像技术测量能见度的方法得到了国内外学者的广泛关注。美国明尼苏达大学运输系的Taek Mu Kwon使用视频照相机和多个标靶，在高速公路上进行日间能见度检测，通过将标靶的对比度值进行能见度非线性曲线拟合得出能见度值。吕伟涛等利用2组目标亮度差的比值计算气象能见度，即双亮度差方法(大气科学,2004,28(4):559-570)。该方法能有效地消除系统暗电流和背景杂散光的影响，但是仍需增加人工标志物，且测量点过少带来的检测误差也不可忽视。李勃等利用视频图像对比度的能见度检测方法，构建了无需人工标记的能见度检测系统(计算机辅助设计与图形学学报，2009,21(11):1575-1582)。该方法稳定性高，成本低，但其拍摄场景只能存在天空和路面。Hautiére N等将雾天图像成像模型和大气对比度的衰减模型相结合，实现了无需人工标记的能见度测量(Machine Vision and Applications,2006,17(1):8-20)。但该方法时间复杂度较高，不能满足实时性的需求，且在实际环境下的能见度检测仍需要场景中只存在天空和路面。

纵观国内外现有的基于图像处理的能见度检测方法，其检测过程或是凭借能见度仪或人工标志物，或是对检测环境要求苛刻，或是需要借助路况监控视频。对于无需人工干预及辅助设备、适用性广且满足实时性要求的能见度检测算法尚未见相关文献报道。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有能见度检测技术存在不足，如对检测场景要求高、局限性大、检测范围受限、检测成本高、实时性差且精度易受影响等。因此需要一种无须辅助设备及人工干预、简单易实施且精度良好的能见度检测方法。