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基于梯度域分析的单张图像去雨方法技术

技术编号:14530251 阅读:48 留言:0更新日期:2017-02-02 12:52
本发明专利技术是基于梯度域分析的单张图像去雨方法,雨在图像中常常呈现出竖条纹状,因而对X方向和Y方向的梯度影响呈不同统计特性。基于此现象,提出了一种基于梯度域分析的去雨框架。去雨问题旨在恢复图像的纹理,理论上纹理由相互垂直方向的梯度求解。如果存在一个方向,其梯度干扰最小,去雨问题可简化成求解其垂直方向的梯度。绝大多数雨纹的方向,就是梯度干扰最小的方向,本发明专利技术通过计算图像不同区域的方向梯度直方图(HOG)来确定此方向,并提出一种基于各向异性全变分和矩阵秩最小化的图像分解框架,将受干扰的梯度分解成表示纹理和表示雨纹两部分。与传统的基于学习的方法相比,新提出的去雨框架速度提高了60倍,同时可得到较好的效果。

【技术实现步骤摘要】

数字图像处理与计算机视觉。本专利技术是一种基于梯度域分析的单张图像去雨算法,旨在研究如何利用图像自身信息消除雨纹的干扰,从而恢复原有纹理。不同于对视频序列处理,缺少前后帧的辅助,使单幅图像的去雨变得更具有挑战性。
技术介绍
雨是恶劣天气的一种,在成像过程中呈高亮条纹状,将场景信息遮挡,产生了新的梯度信息。因而,下雨天基于图像特征的视觉算法,如识别,检测等常常会失效。早期的研究关注如何处理视频,借助于视频中前后帧内容上的关联性(同一场景,在一些帧中没有被遮挡),恢复被覆盖的图像纹理。然而,单张图像的去雨问题,缺少上下文内容的辅助,更具有挑战性。单张图像的去雨算法可以分为3种,基于训练集学习的算法,基于滤波的算法,基于低秩的算法,各有优缺点。基于学习的算法能够有效的分离开雨纹,缺点是耗时较久,限制了其应用,而且当部分纹理信息和雨纹相似时,训练过程中很难得到有效的字典,导致此类纹理信息被误剔除。基于滤波和低秩的方法,耗时少,缺点是鲁棒性不高。
技术实现思路
本专利技术旨在设计一种高效且有效的单张图像去雨方法。雨在图像中常常呈现出竖条纹状,具有方向性,因而对X方向和Y方向的梯度影响呈不同统计特性。基于此现象,本专利技术提出了一种基于梯度域分析的去雨框架。去雨问题旨在恢复图像的纹理,理论上纹理可通过泊松方程由相互垂直的两个方向的梯度求解。因而,如果存在一个方向,在此方向上的梯度干扰最小,可以忽略不计,去雨问题就可简化成求解另一个方向的梯度信息。本专利技术先将原图用双边滤波器分成高频和低频两部分,使几乎所有的雨纹信息保留在高频部分,因而我们只处理。绝大多数雨纹的方向,就是梯度干扰最小的方向,本专利技术通过计算图像不同区域的方向梯度直方图(HOG)来确定此方向,计算公式如下:(1)是区域的权值,是区域用HOG估计的方向。由于不同区域的背景颜色,光照的差异,雨在不同区域呈现的干扰程度不同,就利用加权法求取一个拟合最好的方向。是用图像熵求取。得到梯度干扰最小的方向后,我们可以求取在方向的梯度,及垂直于方向的梯度。前者不受雨的干扰,因而去雨问题转化为如何将后者分解成表示纹理和表示雨纹的两部分,。雨纹在一个成像场景中具有相似特性,因而用低秩约束,纹理信息用各向异性的全变分约束,得到(2)进一步考虑成像噪声,可转化为(3)(3)式中前两项是全变分的具体化,第三项是成像噪声,第四项是低秩约束的具体化。和是标量,的取值范围是(0,1),用这个能量最小化问题,如何求解和。给初始化,可用以下公式计算(4)已知,可用以下公式计算(5)获取,及方向的梯度之后,用泊松方程求解不受干扰的高频部分,(6)其中,。最终去雨结果可表示为。本专利技术与传统的基于学习的方法相比,速度提高了60倍,同时能够保持更多的图像细节信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
将原图像用双边滤波分解成高频和低频两部分,使所有雨产生的纹理信息都保留在高频部分;用方向梯度直方图(HOG)寻找一个方向,使高频图像部分的梯度在这个方向受干扰最少,可以忽略不计。

【技术特征摘要】
1.将原图像用双边滤波分解成高频和低频两部分,使所有雨产生的纹理信息都保留在高频部分;用方向梯度直方图(HOG)寻找一个方向,使高频图像部分的梯度在这个方向受干扰最少,可以忽略不...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘怡光都双丽曹丽萍
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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