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专利号: 2016100253894
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.获取一组有雾图像Iset及其对应的场景深度图dset作为训练数据集;

S2.利用数据集Iset和dset训练稀疏自动编码机,该稀疏自动编码机用于提取与雾相关的纹理结构特征;

S3.利用训练好的稀疏自动编码机,对Iset中的每一幅有雾图像Ii提取与雾有关的纹理结构特征Ti;

S4.对Iset中的每一幅有雾图像Ii提取与雾有关的颜色特征Di、Ci、Ri、Gi和Bi,分别表示暗原色特征、颜色衰减特征、图像的R通道、图像的G通道和图像的B通道;

S5.以Iset中每一幅有雾图像所提取的特征Ti、Di、Ci、Ri、Gi和Bi作为输入的训练数据,同时以dset中对应的场景深度图di作为训练标签,训练多层神经网络;该网络用于表示不同特征组合与场景深度之间的映射关系,以有雾图像的纹理结构特征及不同的颜色特征作为输入,输出其对应的场景深度;

S6.输入一幅待复原的有雾图像I,利用训练好的稀疏自动编码机提取有雾图像I的与雾相关的纹理结构特征T;

S7.提取有雾图像I的与雾相关的颜色特征D、C、R、G和B;

S8.利用训练好的多层神经网络,以T、D、C、R、G和B作为输入,输出有雾图像I所对应的场景深度图d;

S9.根据大气散射模型,利用d估算出大气光照度A;

S10.结合有雾图像I、场景深度图d和大气光照度A,复原出对应的无雾图像J。

2.根据权利要求1所述的基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,对于给定一组有雾图像Iset及其对应的场景深度图dset,所述步骤S2中的稀疏自动编码机是经过样本训练得到的,具体的训练方式为:自动编码机由两部分组成:第一部分为稀疏编码,用于提取局部块的主要纹理与结构特征,通过一个无监督自学习的3层神经网络实现,网络的输入是向量化的局部块,隐含层的输出S是对输入的向量进行降维后所得到的特征,网络的输出为S再次映射到高维时所得到的输出向量;第二部分为一个2层神经网络,用于获得纹理结构特征与场景深度之间的映射关系;

稀疏自动编码机中的网络使用sigmoid函数f(x)=1/(1+e-x)作为传输函数,其训练时,首先从训练样本集Iset中,随机选取N个大小均为r×r的局部块作为第一部分的网络输入,进行无监督学习;然后,以第一部分隐含层输出作为第二部分的网络输入;最后,对每一个r×r的局部块,在训练样本集dset中找到相对应的局部块,以其中心位置的场景深度作为标签,进行有监督学习。

3.根据权利要求1所述的基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,对于一幅有雾图像I,提取与雾有关的颜色特征的提取方法,具体实现如下:给定一幅有雾图像I及其对应的大气光照度A,提取3类颜色特征,分别是:暗原色特征、颜色衰减特征以及图像的RGB空间下的3个通道分量;

暗原色特征定义如下:

其中,Ω(x)是以x为中心,大小为15×15的局部块,Ic表示有雾图像I在颜色通道c下的分量,D表示局部块尺寸为15×15的暗原色特征;

颜色衰减特征定义如下:

其中,Ival和Isat分别为有雾图像在HSV颜色空间下的亮度分量和饱和度分量,θ0、θ1和θ2为线性系数;

有雾图像I中RGB空间下的三个分量也作为本方法的颜色特征,三个分量分别为R通道分量、G通道分量和B通道分量,定义如下:R=Ired

G=Igreen

B=Iblue

上式中,Ired、Igreen和Iblue分别表示有雾图像I在RGB颜色空间上的三个分量。

4.根据权利要求1所述的基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,所述步骤S5中多层神经网络的训练方法,依赖于一组用于训练的有雾图像Iset及其对应的场景深度图dset;具体的训练方法如下:多层神经网络包含3层,分别为输入层、隐含层和输出层,输入层中神经元的个数与特征图的数目相等,隐含层中的神经元个数是输入层的2倍,输出层只有一个神经元,表示最终输出的场景深度;其过程为:首先分别对训练样本集Iset中的有雾图像I1,I2,…,In进行特征提取,每一幅有雾图像Ii对应6幅特征图R、G、B、C、D和T,然后,以这些特征作为输入,以训练样本集dset中的真实场景深度di作为标签,采用反向传播算法对网络进行有监督学习,最后得到训练后的神经网络模型。

5.根据权利要求1所述的基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,所述步骤S9中的大气光照度A的估计方法,依赖于一幅有雾图像I及其对应的场景深度图d;具体的估计方法如下:给定一幅有雾图像I及对应的场景深度图d,其大气光照度A可进一步通过下式估算得出:其中,x和y用于表示图像中的坐标。

6.根据权利要求1所述的基于特征学习的单幅图像去雾方法,其特征在于,所述步骤S10中利用有雾图像I、大气光照度A和场景深度图d复原出无雾图像的方法;具体的图像复原方法如下:已知有雾图像I、大气光照度A和场景深度图d,根据大气散射模型,可由下式复原出无雾图像:其中,β是大气散射系数。