基于深度学习的单幅图像去雾算法研究

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雾霾天气下,由于空气中存在大量漂浮着的粒子,光线传播过程中与这些悬浮粒子相互作用,使得光线发生散射,最终到达成像设备的场景光信息受损。所以拍摄得到的图像存在对比度较低、清晰度低、细节丢失等问题,影响后续对图像的进一步处理应用。因此,对有雾图像进行去雾工作,使其能够应用于高级别的图像处理任务。本文基于深度学习对单幅图像去雾算法进行了研究,主要工作如下:(1)针对基于深度学习的非端到端图像去雾算法对模型参数估计不准确的问题,以及当前基于深度学习的端到端图像去雾算法图像空间信息保留的问题,本文提出一种基于高分辨率网络(High-Resolution Net,HRNet)的单幅图像去雾模型De HRNet。De HRNet分为多个分支,不同分支间的分辨率不同,分辨率不同的分支并行连接且在每个阶段的末尾进行多尺度融合。本文在原网络的基础上增加了一个新的阶段,使其更好地用于图像去雾工作。新增阶段通过上采样收集网络所有分支的特征图表示以增强高分辨率表示,而不是仅采用高分辨率分支的特征图,这使得恢复的无雾图像更加自然,具有重要意义。实验结果表明De HRNet对有雾图像有明显的去雾效果。(2)针对基于深度学习的端到端去雾网络模型参数过多,且在雾浓度分布不均匀情况下的存在去雾过度或去雾不彻底的问题,本文基于深度跨尺度融合网络(Deep Cross-scale Fusion Network,DCSFN)提出一种轻量级的图像去雾模型Light-DCSFN。Light-DCSFN将原网络中的普通标准卷积使用深度可分离卷积进行替代,并通过网络来预测输入有雾图像的雾浓度图,而不是通过网络直接获取无雾图像,以解决雾浓度分布不均匀情况下的去雾问题。同时,为了更好的提取雾浓度特征以及避免恢复的无雾图像产生颜色失真的问题,在原网络的前面新加一个颜色特征提取模块,首先分割得到输入有雾图像的RGB三通道图像,然后输入到新加的模块,用于提取不同通道间的颜色浅层特征。实验结果表明Light-DCSFN不仅对有雾图像有明显的去雾效果且单幅图像去雾时间较短。(3)针对目前对于图像去雾工作很少与实际生活相结合的问题同时对Light-DCSFN去雾模型的去雾效果作进一步检测,本文提出一个能够同时在晴天和雾天天气下使用的车牌识别系统,并基于暗通道先验知识提出一种判断图像是否有雾的方法。该系统分为判断图像是否有雾模块、图像去雾模块、车牌定位模块和车牌字符识别模块,用于晴天和雾天天气下的车牌识别工作。
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