图5.5去卷积法实验4结果23
1 绪论1.1 课题研究的背景随着社会现代化的飞快进程，人们经济生活水平的不断提高，汽车、公交车渐渐取代了以前走路、骑自行车等简单但是疲劳的出行方式，机动车越来越普及。为了适应快速发展，城市中的马路越来越宽，道路环境越来越复杂，随之而来的就是交通安全问题，如何利用简单的交通安全设施和道路标志标线来实现交通安全与管理水平的提高就成为各个国家需要解决的棘手问题。从1968 年开始，各国的交通标志逐渐开始统一。但是，随着现代城市的建设，很多时候在强烈的太阳光、城市霓虹灯、路灯和车灯等等照明设施使用的影响下，交通标志就会变得特别亮，和周围环境的对比度会大幅度下降，很难被轻易看清楚，从而，驾驶人员识别交通标志标线的能力就会降低，这就给城市带来了非常大的交通安全隐患。同时，在交通事故责任判别登军事公安方面对监控所记录的图像就有较高的清晰度的要求，例如限速、机动车行驶车道等交通标志。因此，如何提高已记录图像中交通标志的识别度，也就是增强它与周围的对比度，就变得尤为重要。现今常用的高动态范围（HDR）成像技术的目标是比传统相机更准确地捕捉到场景中的一个更大的亮度范围。这种成像技术在科学、医学、摄影等方面都变得越来越重要。然而，使用相机等记录设备捕捉到的真实亮度是有限的，也就是说一个相机记录一个动态范围内图像的能力，无论是通过一个快照还是一个序列，都被眩光的出现所限制，场景中明亮物体的存在在视野范围内的任何地方都降低了对比度。背景光产生眩光，使得前端的物体产生了一个对比的消失。眩光是在相机的机身和镜头内产生多重散射光的一个全局光照效果光学。对于一个数码相机，焦点的一个点光源应该只有助于一个单一的传感器像素，而现实中，它也将对其他传感器像素有所增强，这个强度取决于镜头的质量和与原像素的距离。描述眩光强度的二维函数我们称之为镜头的眩光传播函数（GSF）。通过单独测量相机内直接和间接的光传输组件源Z自-优尔+文/论^文]网[www.youerw.com，可以增加相机能够记录的最大动态范围。我们可以量化眩光的存在，用数字图像做后期处理来去除眩光，通常通过测量眩光传播函数的卷积，进行去卷积来达到目的。1.2 课题研究的国内外现状现实生活中，不管是为了在动态情况下避免人眼由于眩光的影响产生不舒适的感受或失去辨别目标物的能力还是在静态范围下使得照相机记录下来的图片更加清晰信息更加可靠，各界的研究者们都尝试了很多很多的方法来去除眩光或者说避免眩光的产生。在数字图像处理方面，国内外绝大一部分研究都是关于如何去模糊、去噪、去雾、去阴影等等，在上述这些方面的研究成果已经比较成熟，而对于如何去除图像中的强眩光的研究相对较少。和本文的研究直接相关的是， McCann 和 Rizzi 在2007 年[11]用多次曝光HDR 成像测量眩光，
并且发现 HDR 可以捕捉到的动态范围通常是被眩光所限制的而不是相机的可曝光范围。很长的一段时间内甚至到目前为止，去眩光的大多数的方法都致力于光学元件的改进，例如，更好的镜头涂层，大大降低了镜头表面的反射光。2003 年Boynton[1]等人的工作中，他们建造了一个充满液体的相机来减少镜头表面的反射。很多情形下，仅仅使用改进的光学元件并不能完全排除眩光对相机记录的影响，因此，用于消除眩光的计算机技术逐渐被提出。在医学成像中， 例如1985 年Seibert[16]等人和 1989年 Faulkner[4]等人在 X射线成像中去卷积的方法被使用来近似消除眩光。在天文学中，去卷积方法被用于去除大气中的失真和散射，以及用于其他图像的增强任务。2002 年Starck[18]等人提出了天文学中去卷积理论和用于解决去卷积问题的评论。2006 年Reinhard[14]等人讨论了在 HDR 摄影中眩光的去除。他们描述了一种方法来估计基于径向对称多项式拟合的场景到明亮像素周围的分散光之间的整体 GSF。该方法是一种盲去卷积的形式，类似于本文即将描述的去卷积方法。2006 年Nayer[13]等人在分离直接和整体光照的工作中是使用结构光照明或者用闭塞面罩提供克服捕获局限性的方法。他们的方法最初被用来在现实场景中显示两种类型的光的传输从而创建新的图像。把传输分解成一个由直接从场景反射到相机的光得到的直接合成图像，以及一个由场景中所有经过多次反射的光得到的间接合成图像。考虑到整个场景作为一个“虚拟光源”和相机内部光件中的“场景”，眩光可以看做是间接光的传输结果，该方法的变换可以应用于在记录之前分离出眩光。近几年，在去除眩光方面的研究也有些进展，2009年 Hara 等人[6]提出了一种方法来消除水滴或其他异物引起的眩光。在恶劣的天气条件下，从一个摄像头获得的图像的干扰噪声是很重要的。他们设计并实现了一个电子控制的光学快门阵列，用于检测和消除眩光，还提出了应用这种技术的成像透镜本身引起的一般眩光的可能性。2010年中国学者雷延录和黄阳吉[23]发明了一种可以减弱眩光的镜头以及制造镜筒的模具，提出了清除镜头眩光的方法。陈述了镜头包括镜筒及其内的第一镜片、第二镜片和红外滤光片等的安装顺序。随后，2014年金国华[22]发明了一种防眩光屏幕保护膜，其主要结构包括：主膜、安装胶保护膜、抗刮层保护膜、安装胶层、保护膜胶层和防眩光抗刮层；其中前三层是PET 材质的膜结构，后三层为不同性质的胶结构。并且公开了一种制造上述防眩光屏幕保护膜的方法。2014 年Reddy 和Veeraraghavan[15]提出了减少眩光的一个简单的方法是使用透镜罩来防止杂散光进入镜头以及在透镜上采用防反射涂层。