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《长沙理工大学》 2015年
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基于视频图像的能见度检测算法的研究

郭庚山  
【摘要】:能见度是一个重要的气象观测指标,低能见度对气象、交通、军事和农业等领域影响很大。其中对交通领域的影响最大,高速公路经常发生由低能见度天气引发的交通事故,相当一部分都是多车连环相撞的重大交通事故,这对人们的生命和财产安全造成了很大的威胁。为了解决这个问题,需要在道路上密集布设能见度检测设备,及时对低能见度情况进行预警,保障交通运行的安全,传统能见度仪操作复杂、价格昂贵,不能满足要求。视频图像能见度检测具有成本低、操作简单和可靠性高等优点受到了很多研究者的关注。论文在现有研究成果的基础上,对一些视频图像能见度算法做了进一步的研究和改进,论文的主要研究工作如下:研究了双亮度差法,用这种算法实现了能见度的检测,并做了误差分析,当目标物黑体背后有遮挡物且背景天空灰度分布不均匀时,传统双亮度差法会出现较大检测误差,论文针对这个问题做了算法改进,用区域生长法分割出图像的天空区域,并对天空区域像素灰度求均值,实验证明该改进算法可以得到更准确的能见度值。研究了暗通道先验法,利用暗通道理论求出透射率,并用摄像机标定技术进行三维重建,得到距离信息,计算出能见度。针对用传统暗通道先验理论估算出的透射率天空区域的值偏小,提出一种用k-means聚类算法自适应分割阈值的方法来准确分割出天空区域,并修正天空区域透射率。对估算透射率过程中需要计算的大气光亮度值,当图像中有纯白色物体干扰时,用传统方法计算会出现估计值比实际值大,论文提出用阈值法估算大气光亮度。实验证明这些改进可以使能见度检测结果更加准确。对双亮度差法、改进的双亮度差法、暗通道先验法和改进暗通道先验法做能见度检测实验,用几种不同天气的视频图像数据,验证了改进的双亮度差法和改进的暗通道先验法都比其对应的传统算法检测结果更准确、可靠,而这些算法综合比较后得出,能见度检测准确度最高的是改进的暗通道先验法,该改进算法能适应各种不同天气。
【关键词】:能见度 双亮度差法 暗通道先验 大气光亮度 k-means聚类 自适应分割阈值
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U495;TP391.41
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-17
  • 1.1 选题背景10-12
  • 1.2 国内外的研究现状12-14
  • 1.3 视频图像能见度检测存在的问题14-15
  • 1.4 本文研究的主要内容15-17
  • 第二章 能见度检测基础17-30
  • 2.1 能见度的定义17-18
  • 2.2 能见度检测原理18-21
  • 2.2.1 日间能见度检测原理18-20
  • 2.2.2 夜间能见度检测原理20-21
  • 2.3 用摄像机标定技术求距离信息21-29
  • 2.3.1 摄像机标定的方法21-22
  • 2.3.2 摄像机标定模型22-26
  • 2.3.3 基于三维标定物的标定技术26-27
  • 2.3.4 距离信息的求取27-29
  • 2.4 本章小结29-30
  • 第三章 双亮度差法检测能见度的研究30-38
  • 3.1 亮度对比法30-32
  • 3.2 双亮度差法32-34
  • 3.3 双亮度差法的改进34-36
  • 3.4 双亮度差法的误差分析36
  • 3.5 本章小结36-38
  • 第四章 暗通道先验法检测能见度的研究38-50
  • 4.1 暗通道先验知识求透射率t39-46
  • 4.1.1 暗通道先验知识39-40
  • 4.1.2 大气散射模型40-41
  • 4.1.3 求取透射率t41-42
  • 4.1.4 引导滤波优化透射率t42-46
  • 4.2 改进的暗通道先验算法46-48
  • 4.2.1 改进算法求大气光亮度值A46
  • 4.2.2 改进算法修正天空区域透射率46-48
  • 4.3 本章小结48-50
  • 第五章 视频图像能见度检测算法的实验对比与分析50-58
  • 5.1 改进双亮度差法检测能见度的实验与分析50-52
  • 5.1.1 分割天空区域50-51
  • 5.1.2 求天空区域灰度均值51-52
  • 5.1.3 改进双亮度差法与传统算法的对比实验与分析52
  • 5.2 改进暗通道先验法检测能见度的实验与分析52-56
  • 5.2.1 改进算法求大气光亮度值的实验52-54
  • 5.2.2 改进算法修正天空区域透射率的实验54-55
  • 5.2.3 改进暗通道算法与传统算法的对比实验与分析55-56
  • 5.3 本文研究算法的综合对比实验与分析56-57
  • 5.4 本章小结57-58
  • 总结与展望58-60
  • 参考文献60-63
  • 致谢63-64
  • 附录(攻读学位期间发表论文目录)64

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