1 华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心，湖北武汉 430223
2 武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430205
针对雾气环境下实际图像亮度/对比度不佳的情况，提出了整体灰度拉伸和局部对比度增强算法，改善了图像的亮度和对比度。采用基于暗原色先验的图像去雾算法来去除视频监控中常常遇到的雾霾影响。为了消除块效应，将图像分成最小的块，即对每个像素提取暗原色，并采用邻近相似性原则修正暗原色，MATLAB仿真表明，改进后的算法可以很好地去除图像中的雾气。最后，完成了基于达芬奇 DM6467的图像增强算法软件开发，实现了 4路视频的输出、切换和图像增强。增强后的图像，其 SSIM指标可提高 50%以上，该系统可以有效地去除雾气对图像的影响，满足图像去雾增强的需要。
块效应 图像增强 图像去雾 灰度拉伸 对比度增强 blocking artifact image enhancement image haze removal gray extending contrast enhancement
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
在遥感图像中，大面积的薄云会使得地物信息被遮蔽，从而对后续图像的判读以及应用产生极大的影响。为消除卫星图像中薄云对下垫面的影响，开发了针对多光谱图像的薄云检测与去除算法。该算法首先利用蓝绿波段合成外推波段，通过暗像元搜索，生成薄云厚度图 (HTM) 和薄云掩膜图，进而得到无云区像元与云区像元；再计算图像每个波段的HTM，利用外推波段的HTM与每个波段的HTM求得每个波段的线性回归系数，由该系数对图像进行薄云去除。将该方法应用于环境减灾二号 (HJ-2A/B) 卫星的多光谱图像，研究结果表明，对不同地表类型，薄云去除后图像质量均得到明显的提升，能够清晰地展现出薄云下覆盖的地物信息，并且不影响无云区域的图像质量。利用该算法进行薄云去除后，卫星多光谱图像的清晰度、对比度和标准差都有显著的提升，为后续图像应用提供了质量保障。
遥感影像 薄云去除 云检测 薄云厚度图 环境减灾二号卫星 remote sensing image thin cloud removal cloud detection haze thickness map HJ-2 satellite 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 383
1 海装驻上海地区第二军事代表室, 上海 200129
2 中国电子科技集团公司第二十七研究所, 河南 郑州 450047
3 北京航空航天大学仪器与光电工程学院, 北京 100083
对动态不良天候成像图像去雾霾方法进行了研究, 提出了基于改进色彩同态滤波、基于物理模型暗通道快速实时图像去雾霾方法, 将算法应用于静止场景和含运动目标场景, 并对比分析了各算法运行和测试效果, 经验证, 所提出的方法图像增强后全局熵值(7.608 3)更小, 图像的不确定性低, 纹理更清晰, 且单帧处理平均耗时12.223 ms, 满足实时性运行要求, 为后续复杂气象环境下目标检测、识别奠定了基础。
雾霾动态天候 图像增强 改进的同态滤波 暗通道物理模型 算法测试 haze dynamic weather image enhancement improved homomorphic filtering dark channel physical model algorithm testing
1 西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
2 2. Electrical & Computer Engineering Department, California State Univ, Northridge, CA 91330, USA
3 西安工程大学理学院, 陕西 西安 710048
在非直视无线紫外光通信中, 利用大气中的粒子对紫外光进行散射作用来传递信息, 非直视紫外光通信在近距离隐蔽通信中有广阔的应用前景。 雾霾粒子属于气溶胶范畴, 由空气中的灰尘、 硫化物、 有机碳氢化合物等粒子组成。 雾霾粒子的尺度、 浓度、 形状等因素均会对无线紫外光散射通信的传输特性产生较大的影响。 首先, 基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外光多次散射模型, 将霾粒子的半径和浓度这两个物理量引入该模型中, 通过模拟大量光子在雾霾条件下经多次散射到达接收端的概率, 进而仿真分析了系统路径损耗与粒子半径和浓度之间的关系。 结果表明, (1) 在无线紫外光近距离通信条件下, 雾霾浓度越大, 路径损耗越小, 系统通信性能越好; (2) 通信距离大于500 m时, 增加雾霾粒子浓度, 系统路径损耗总体先减小再增大; (3) 在粒子浓度一定情况下, 增大粒子半径, 路径损耗先减小后增大, 且随着通信距离的增大, 路径损耗极小值的位置不断向粒子半径小的一侧移动。 其次, 在模型中引入粒子尺度谱分布的概念, 对粒子尺度谱分布进行分割, 分别求出不同粒径及其所对应浓度。 假定粒子尺度谱分布中不同粒径的粒子依次对光子产生散射作用, 对相应光子到达接收端的概率求和, 得到光子到达接收端的总概率, 进而求得多种粒径的粒子共同存在情况下系统的路径损耗, 使仿真模型更加逼近实际大气信道中多种半径雾霾粒子共同存在的事实。 最后, 搭建实验平台, 分别在良好、 严重雾霾、 极严重雾霾三种不同天气条件下, 实验测量了系统路径损耗和通信距离、 收发仰角之间的关系, 并与考虑粒子尺度谱分布模型中计算得到的路径损耗进行对比, 实验数据与仿真结果趋势一致, 雾霾天气下的通信质量优于良好天气, 收发仰角越大对应的路径损耗也越大。
紫外光 雾霾粒子 粒子谱分布 路径损耗 Ultraviolet Haze particles Size distribution Path loss
中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
针对现有图像去雾算法中大气光值和透射率估计不准确导致图像去雾后失真的问题，提出了一种基于雾线暗通道先验改进的图像去雾算法。首先，根据HSV空间雾浓度与亮度和饱和度差值的关系计算图像的全局相对雾浓度，并结合暗通道图对应的高像素值来设置能够自动选择合适的大气光值的权重系数；其次，利用暗通道先验得到的粗略透射率值对每条雾线中最大半径透射率进行修正，然后引入容差参数对明亮像素的透射率进行优化，引入快速引导滤波对透射率图进行进一步优化；最后，根据大气散射模型获得最终的无雾图像。实验结果表明，所提去雾算法在主观视觉效果和客观数据上均优于其他算法。
图像处理 雾线暗通道先验 雾浓度 容差参数 明亮像素 大气散射模型 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0810014
1 山西省气候中心，山西 太原 030002
2 山西省气象台，山西 太原 030002
3 大连市气象装备保障中心，辽宁 大连 116001
近年来，太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响，本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布；基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法，结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明：太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km－1，消光系数随着高度的增加而减小；晴日消光系数的最大值为0.33 km－1；新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%)，其次为来自本地的污染气团(39%)；太原盆地受西北或偏西气流的影响，同时在低层暖平流的控制下，易聚集污染沙尘型气溶胶；在静稳天气背景下，低层暖平流导致逆温层形成，地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散，容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶；地面上，太原盆地处于高压底前部，地面风速较大，700～850 hPa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地，气溶胶以沙尘型气溶胶为主，气溶胶抬升高度较大。
遥感 霾日 气溶胶类型 CALIPSO 垂直分布 太原盆地
1 河南工业大学 信息科学与工程学院，河南 郑州 450001
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒表面经过系列化学反应形成复杂的混合状态，为气溶胶光学性质模拟带来很大困难。因此，厘清硫酸盐壳对沙尘矿物颗粒光学特性的影响机制具有重要意义。文中根据灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒反应过程中的混合结构变化，建立了沙尘-硫酸盐颗粒的核壳椭球结构模型。采用T矩阵方法，研究了四波段条件（0.44、0.675、0.87、1.02 μm）下，混合比对单分散系沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响。结果表明：混合比对沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响主要在Mie散射区，在瑞利散射区，混合比对粒子光学特性影响不大。同时研究结果还表明，当混合比小于0.3时，硫酸盐壳在粒子散射特性中占主导地位；当混合比大于0.7时，粒子散射特性主要受沙尘核的影响；在此区间内，粒子散射特性由硫酸盐与沙尘共同影响，并会出现强于（或弱于）任何一种纯颗粒物的现象。该研究对理解灰霾老化期间单颗粒气溶胶混合结构及其光学特性具有重要意义。
灰霾 沙尘 硫酸盐 非球形粒子 混合比 光学特性 haze dust sulfate non-spherical particle mixing ratio optical properties 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210052
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 μm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。
激光传输 雾霾 蒙特卡罗方法 分布函数 透射率 laser beam transmission haze Monte Carlo method distribution function transmittance 大气与环境光学学报
2021, 16(5): 373
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对最小滤波导致的光晕、伪影及透射率估计不足引起的天空失真等问题,提出了一种基于二次约束与雾气分布的去雾算法。首先,利用Canny检测算子得到有雾图像的粗纹理分布,在场景深度的基础上得到有雾图像的雾气分布图。其次,根据图像特征,提出了一种基于自适应雾气系数的二次约束模型,估计出清晰图像的最小通道图,并利用大气散射模型得到粗略透射率。然后通过自适应下边界约束与双边滤波进行透射率优化,并通过形态学操作改进局部大气光。最后根据复原模型得到去雾图像。实验表明,所提算法在主、客观评价中均取得了理想的效果,较好解决了去雾图像中的光晕、伪影与天空失真等问题。
激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2228001
