python/matlab图像去雾/去雨综述

news2024/11/16 10:26:50

图像去雾和去雨是计算机视觉领域的两个重要任务，旨在提高图像质量和可视化效果。本文将综述图像去雾和去雨的算法、理论以及相关项目代码示例。

一、图像去雾算法

基于暗通道先验的方法：
这是广泛应用于图像去雾的经典算法之一。该方法基于一个观察：自然场景中的大多数像素在至少一个颜色通道上具有非常低的值。通过分析图像的暗通道，可以估计场景的全局大气光照和深度信息，从而去除雾霾。
基于物理模型的方法：
这种方法基于图像成像过程中的物理模型，例如散射模型和退化模型。它们通过对图像的特定属性进行建模，如散射模型中的光线散射、传播和吸收等，来恢复原始场景。

def dark_channel(image, patch_size):
    # 计算图像暗通道
    min_channel = np.min(image, axis=2)
    kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (patch_size, patch_size))
    dark_channel = cv2.erode(min_channel, kernel)
    return dark_channel

def estimate_atmospheric_light(image, dark_channel, top_percentage):
    # 估计大气光照值
    num_pixels = int(dark_channel.size * top_percentage / 100)
    dark_channel_flat = dark_channel.flatten()
    indices = dark_channel_flat.argsort()[-num_pixels:]
    atmospheric_light = np.mean(image.reshape(-1, 3)[indices], axis=0)
    return atmospheric_light

def transmission_estimate(image, atmospheric_light, omega, patch_size):
    # 估计透射率
    normalized_image = image.astype(np.float64) / atmospheric_light
    dark_channel = dark_channel(normalized_image, patch_size)
    transmission = 1 - omega * dark_channel
    return transmission

def refine_transmission(image, transmission, epsilon, patch_size):
    # 优化透射率
    gray_image = cv2.cvtColor(image.astype(np.uint8), cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    transmission_filtered = cv2.guidedFilter(gray_image, transmission, patch_size, epsilon)
    return transmission_filtered

def recover_scene(image, transmission, atmospheric_light, t0=0.1):
    # 恢复场景
    transmission_clipped = np.clip(transmission, t0, 1)
    recovered_scene = np.zeros_like(image, dtype=np.float64)
    for i in range(3):
        recovered_scene[:,:,i] = (image[:,:,i].astype(np.float64) - atmospheric_light[i]) / transmission_clipped + atmospheric_light[i]
    recovered_scene = np.clip(recovered_scene, 0, 255).astype(np.uint8)
    return recovered_scene

基于深度学习的方法：
近年来，深度学习技术的发展为图像去雾带来了显著的改进。深度学习模型能够从大规模数据中学习图像的特征表示，从而实现更准确的去雾效果。例如，基于生成对抗网络（GAN）的方法结合了生成模型和判别模型，以生成真实感的去雾图像。

二、图像去雨算法
基于滤波的方法：
这是最简单的去雨方法之一，通过应用线性或非线性滤波器来平滑图像并去除雨滴。这种方法的局限性在于无法处理复杂的雨滴遮挡情况。
基于物理模型的方法：
类似于图像去雾算法，图像去雨也可以基于物理模型进行建模。通过建立雨滴的传播和反射模型，可以预测雨滴的位置和运动轨迹，并从受雨滴遮挡的图像中恢复出清晰的场景。
基于深度学习的方法：
同样，深度学习技术在图像去雨任务中也取得了显著的进展。通过训练深度神经网络，可以学习到从受雨滴遮挡的图像中恢复出清晰场景的映射关系。这些网络可以捕捉到雨滴的形状、纹理等特征，并生成去雨后的图像。

在这里插入图片描述

三、相关项目代码示例

DehazeNet：
这是一个基于深度学习的图像去雾项目，使用卷积神经网络来学习图像的去雾映射。该项目提供了预训练模型和示例代码，可用于去除图像中的雾霾效果。
RainNet：
这是一个基于深度学习的图像去雨项目，使用生成对抗网络来学习图像的去雨映射。该项目提供了模型训练代码和测试代码，可用于去除图像中的雨滴效果。

% 读取输入图像
input_image = imread('input.jpg');

% 将输入图像转换为灰度图像
gray_image = rgb2gray(input_image);

% 应用快速傅里叶变换 (FFT)
fft_image = fftshift(fft2(double(gray_image)));

% 创建垂直方向的滤波器
[M, N] = size(gray_image);
filter = ones(M, N);
filter(:, N/2-5:N/2+5) = 0; % 将垂直方向上的频率范围设置为零

% 将滤波器应用于频域图像
filtered_fft_image = fft_image .* filter;

% 应用逆傅里叶变换
filtered_image = abs(ifft2(ifftshift(filtered_fft_image)));