(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像除霧方法であって、
霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得し、前記最小強度値を用いて前記霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、前記局所最小強度画像中の所定サイズの最も明るい領域が前記霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおける強度値のうちの最大値を、前記霧あり画像の大気光値がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおけるコンポーネント値として選択し；
前記霧あり画像の大気光値を用いて前記霧あり画像に対して変換を行い、前記霧あり画像の変換画像を取得し；
前記霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、前記霧あり画像の透過図を取得し；及び
前記霧あり画像の透過図及び大気光値並びに前記霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用いて、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を取得することを含み、
加重最小二乗法によるフィルタを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行う、画像除霧方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像除霧方法であって、
前記加重最小二乗法によるフィルタは、前記霧あり画像の変換画像を用いて、二つの疎な対称の三対角マトリックスを構築し、そして、順に前記二つの疎な対称の三対角マトリックスを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う、画像除霧方法。
【請求項３】
請求項２に記載の画像除霧方法であって、
前記二つの疎な対称の三対角マトリックスのうち、
第一の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し、第二の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し；又は
前記第一の疎な対称の三対角マトリックスの各非対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し、前記第二の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有する、画像除霧方法。
【請求項４】
請求項１に記載の画像除霧方法であって、
前記加重最小二乗法によるフィルタは、前記霧あり画像の変換画像を用いて、一つの疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを構築し、そして、前記疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う、画像除霧方法。
【請求項５】
請求項１に記載の画像除霧方法であって、
前記霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得するための局所画素ブロックのサイズは、前記霧あり画像のサイズに比例する、画像除霧方法。
【請求項６】
請求項５に記載の画像除霧方法であって、
前記局所画素ブロックが長さ方向に含む画素の数は、前記霧あり画像が長さ方向に含む画素の数と、15との除算により得られた結果に最も近い奇数を取り、前記局所画素ブロックが幅方向に含む画素の数は、前記霧あり画像が幅方向に含む画素の数と、15との除算により得られた結果に最も近い奇数を取る、画像除霧方法。
【請求項７】
画像除霧システムであって、
霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得し、前記最小強度値を用いて前記霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、前記局所最小強度画像中の所定サイズの最も明るい領域が前記霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおける強度値のうちの最大値を、前記霧あり画像の大気光値がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおけるコンポーネント値として選択するための大気光値取得ユニット；
前記霧あり画像の大気光値を用いて、前記霧あり画像に対して変換を行い、前記霧あり画像の変換画像を取得するための霧あり画像変換ユニット；
前記霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、前記霧あり画像の透過図を取得するため透過図取得ユニット；及び
前記霧あり画像の透過図及び大気光値並びに前記霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用いて、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を取得するための除霧画像取得ユニットを含み、
前記透過図取得ユニットは、加重最小二乗法によるフィルタを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行う、画像除霧システム。
【請求項８】
請求項７に記載の画像除霧システムであって、
前記加重最小二乗法によるフィルタは、前記霧あり画像の変換画像を用いて、二つの疎な対称の三対角マトリックスを構築し、そして、順に前記二つの疎な対称の三対角マトリックスを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う、画像除霧システム。
【請求項９】
請求項８に記載の画像除霧システムであって、
前記二つの疎な対称の三対角マトリックスのうち、
第一の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し、第二の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し；又は
前記第一の疎な対称の三対角マトリックスの各非対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し、前記第二の疎な対称の三対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有する、画像除霧システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の画像除霧システムであって、
前記加重最小二乗法によるフィルタは、前記霧あり画像の変換画像を用いて、一つの疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを構築し、前記疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを用いて、前記霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う、画像除霧システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の画像除霧システムであって、
前記大気光値取得ユニットが前記霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得するための局所画素ブロックのサイズは、前記霧あり画像のサイズに比例する、画像除霧システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像除霧システムであって、
前記局所画素ブロックが長さ方向に有する画素の数は、前記霧あり画像が長さ方向に有する画素の数と、15との除算により得られた結果に最も近い奇数を取り、前記局所画素ブロックが幅方向に有する画素の数は、前記霧あり画像が幅方向に有する画素の数と、15との除算により得られた結果に最も近い奇数を取る、画像除霧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理分野に関し、具体的に、画像除霧方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天気の状況がよくない場合、画像の明りょう度及び色彩は、往々に、大気中の霧により劣化してしまう。このような天気において取得した画像及びビデオの品質は、一般的に、除霧処理を行って改善する必要がある。ここでは、画像中の霧による効果を除去するプロセスを画像除霧と称する。
【０００３】
現在、多くの画像除霧方法が存在し、そのうち、ダーク・チャネル・プライア（dark  channel  prior）による画像除霧方法の効果が最も良い。ダーク・チャネル・プライアは、屋外の霧なし画像のデータベースに対して統計を行って得られたものであり、即ち、大多数の屋外の霧なし画像の各局所領域中には、すべて、このような画素であって、該画素の少なくとも一つの色チャネルの強度値（intensity  value）がとても低い、画素が存在する。ダーク・チャネル・プライアを用いて形成した除霧モデルは、霧の濃度を直接推定することができ、また、霧あり画像を、霧による干渉を除去した後の高品質の画像（「除霧画像」と略称する）に復元することができる。
【０００４】
ダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法では、入力される霧あり画像の強度値I、大気の光の値（atmosphere  light  value）（以下、大気光値という）A、及び透過図ｔを用いることで、霧あり画像モデル「I＝Jt＋A（１−ｔ）」に基いて、除霧画像の強度値Jを求めて取得する。
【０００５】
現在、２種類のダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法が存在する。即ち、1）ダーク・チャネル・プライアに基いて、霧あり画像に対して除霧処理を行うための透過図を得て、Soft  matting  interpolation処理によって該透過図を最適化し、且つ、最適化後の透過図を用いて除霧画像の強度値を求めて取得する。該方法の問題点は、Soft  matting  interpolation処理が大量の時間を要し、非常に長い計算時間がかかった後に画像除霧処理を完成させることができることにある。2）メディアンフィルタを用いることによって、入力画像中の各画素のR、G、Bコンポーネントの最小値に対してフィルタリングを行い、入力画像に対して除霧処理を行うための大気光値及び透過図を得て、その後、該大気光値及び透過図を用いて除霧画像の強度値を求めて取得する。該方法の問題点は、従来のメディアンフィルタが効果の十分よい除霧画像を得ることができないとのことにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の問題に鑑み、本発明は、画像除霧方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施例による画像除霧方法は、
霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得し、これらの最小強度値を用いて霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、該局所最小強度画像中の所定サイズの最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおける強度値のうちの最大値を、霧あり画像の大気光値がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおけるコンポーネント値として選択し；
霧あり画像の大気光値を用いて霧あり画像に対して変換を行い、霧あり画像の変換画像を取得し；
霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、霧あり画像の透過図を取得し；及び
霧あり画像の透過図、大気光値、及び霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用い、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を取得することを含む。
【０００８】
本発明の実施例による画像除霧システムは、
霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得し、これらの最小強度値を用いて霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、局所最小強度画像中の所定サイズの最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素が、それぞれ、Rチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおける強度値のうちの最大値を、霧あり画像の大気光値が、それぞれ、Rチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおけるコンポーネント値として選択するための大気光値取得ユニット；
霧あり画像の大気光値を用いて霧あり画像に対して変換を行い、霧あり画像の変換画像を取得するための霧あり画像変換ユニット；
霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、霧あり画像の透過図を取得するための透過図取得ユニット；及び
霧あり画像の透過図、大気光値、及び霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用い、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を取得するための除霧画像取得ユニットを含む。
【０００９】
ダーク・チャネル・プライア及びSoft  matting  interpolation処理による画像除霧方法に比べ、本発明は、良好な除霧効果を実現することができると同時に、計算の複雑度を大幅に低減することもでき、これによって、除霧処理の時間を大幅に短縮することができる。また、メディアンフィルタによる画像除霧方法に比べ、本発明は、より高い除霧画像品質を提供することができると同時に、除霧処理の時間を短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
次に、図面に基いて本発明の具体的な実施形態に対して行う説明により、本発明をよりよく理解することができる。
【図１】従来のダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法のフローチャートである。
【図２】従来のWLSフィルタによりマトリックスBを構築するプロセスを示す図である。
【図３】高速WLSフィルタによりマトリックスB′及びBを構築するプロセスを示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例におけるダーク・チャネル・プライアによる画像除霧システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の各側面の特徴及び例示的な実施例について詳しく説明する。次の説明は、多くの具体的な細部をカバーし、本発明への全面的理解を提供する。しかし、当業者にとって明らかであるように、本発明は、これらの具体的な細部のうちの一部の細部がない場合でも実施することができる。また、実施例の説明は、本発明の例を開示することにより、本発明への更なる理解を提供するためだけのものである。本発明は、次に記載の任意の具体的な構成及びアルゴリズムに限定されず、本発明の精神を離脱しない限りに、関連する要素、部品、及びアルゴリズムについての任意の変更、代替、及び変形は、すべて、本発明の範囲に属する。
【００１２】
コンピュータ・ビジョン及びコンピュータ画像分野では、次の式で表われる霧あり画像モデルが幅広く使用されている。
【数１】
0005954418.tif 000002
【００１３】
そのうち、I(x)は、観察した霧あり画像中の画素xの強度値を表し、J(x)は、霧あり画像に対して除霧処理を行った後に得た除霧画像中の画素xの強度値を表し、A(x)は、霧あり画像の大気光値を表し、ｔ(x)は、霧あり画像中の画素xの透過率を表す。なお、霧あり画像のサイズは、除霧画像のサイズとは同じであり、且つ、霧あり画像中の画素xは、除霧画像中の画素xに対応し、即ち、それらは、それぞれ、霧あり画像及び除霧画像中の同じ位置に位置する。
【００１４】
画像除霧の目的は、霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)から、除霧画像中の各画素xの強度値J(x)を復元することにある。除霧画像中の各画素xの強度値J(x)を求める前に、霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)から、霧あり画像の大気光値A(x)及び霧あり画像中の各画素の透過率t(x)を推定で取得する必要がある。上述の霧あり画像モデルに基いて、次の式を得ることができる。
【数２】
0005954418.tif 000003
【００１５】
除霧画像をより明るくするために、通常、次の式を用いて除霧画像中の各画素xの強度値J(x)に対して修正を行うことがある。
【数３】
0005954418.tif 000004
【００１６】
そのうち、αは、除霧画像中の各画素xの強度値J(x)の修正係数を表し、その値は、例えば、1.15である。
【００１７】
霧あり画像についての除霧処理は、通常、次のステップ（図1に示すように）を含み、即ち、S102：霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)に基いて、霧あり画像中の各画素xの大気光値A(x)を推定し（霧あり画像中の全ての画素の大気光値A(x)が等しく、即ち、霧あり画像中の全ての画素が同一の大気光値Aを有し、よって、霧あり画像が一つの大気光値Aを有すると見做しても良い）；S104：霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)及び大気光値A(x)に基いて、霧あり画像中の各画素xの透過率t(x)を求め（即ち、霧あり画像中の全ての画素xの透過率t(x)から、霧あり画像の透過図tを形成し、ステップ2が霧あり画像の透過図tを取得する処理であると見做してもよい）；S106：霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)、大気光値A(x)、及び透過図t(x)に基いて、除霧画像中の各画素xの強度値J(x)を復元する。
【００１８】
本発明は、ステップS102及びステップS104の改善に着目する。以下、本発明がステップS102及びステップS104に対する改善について説明する。
【００１９】
霧あり画像の大気光値Aの推定
霧あり画像の大気光値Aを推定するために、まず、局所最小値フィルタを用いて原始の霧あり画像中の各画素xの強度値I(x)に対してフィルタリングを行う必要がある。
【００２０】
具体的に、局所最小値フィルタを用いて霧あり画像の局所最小強度画像を取得し、即ち、次の式により、霧あり画像中の各画素xに対応する最小強度値を見つけ、霧あり画像の局所最小強度画像を形成する。
【数４】
0005954418.tif 000005
【００２１】
そのうち、ω(x)は、霧あり画像中の任意の一つの画素xを中心としての局所画素ブロックを表し、IC(y)は、局所画素ブロックω(x)中の任意の一つの画素yのRチャネル、Gチャネル、又はBチャネルの強度値を表し、Imin(x)は、局所画素ブロックω(x)中の全ての画素の全てのチャネルの強度値のうちの最小の一つの強度値を表す。霧あり画像のエッジに近い画素については、それを中心とする局所画素ブロックω(x)が霧あり画像の境界を越えれば、超えた部分は、上述の式により計算する時に無視され、即ち、霧あり画像に属する有効な画素のみを用いて計算により局所最小強度画像を形成する。
【００２２】
従来の方法における局所画素ブロックのサイズが予め設定された固定サイズ（例えば、15×15）であるのとは異なり、本実施例では、霧あり画像のサイズに基いて、局所画素ブロックのサイズを設定することができる。
【００２３】
ここでは、霧あり画像の長さがR個の画素であり、幅がS個の画素でり、局所画素ブロックω(x)の長さがr個の画素であり、幅がs個の画素であると仮定すると、次の式が得られれる。
【数５】
0005954418.tif 000006
【数６】
0005954418.tif 000007
【００２４】
即ち、rは、R/15に最も近い奇数を取り、sは、S/15に最も近い奇数を取る。例えば、霧あり画像のサイズが600×400であれば、局所画素ブロックω(x)のサイズは、41×27である。
【００２５】
霧あり画像中の各画素xに対応する最小強度値を見つけ、また、これらの最小強度値を用いて、霧あり画像に対応する局所最小強度画像を形成した後に、該局所最小強度画像中の0.1％の最も明るい領域を見つけ、そして、該最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素について、これらの画素のR、G、Bチャネルの強度値の最大値を、霧あり画像の大気光値AのR、G、Bチャネルのコンポーネント値として選択する。即ち、次の式が得られる。
【数７】
0005954418.tif 000008
【００２６】
そのうち、Uは、最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域を表し、ACは、霧あり画像の大気光値Aを表す。
【００２７】
霧あり画像の透過図tの取得
霧あり画像モデルI(x)=J(x)t(x)+A(x)(1-t(x))に基いて、次の式を求めることができる。
【数８】
0005954418.tif 000009
且つ、
【数９】
0005954418.tif 000010
【００２８】
霧あり画像中の各画素の透過率t(x)は、一般的に、霧あり画像を取得するカメラヘッドと、霧あり画像中の該画素が所在する対象（景物）との距離、即ち、被写界深度dのみに関連する。理想的なエッジ保留フィルタは、画像上の明らかなエッジの間の領域に対してフィルタリングを行うと同時に、明らかなエッジを不明りょうにさせることがなく、明らかなエッジをよりシャップにさせることもない。通常、画像上の明らかなエッジの間の領域中の画素は、基本的に同じ被写界深度を有し、よって、この領域中の画素は、基本的に同じ透過率を有する。即ち、次の式が得られる。
【数１０】
0005954418.tif 000011
【００２９】
そのうち、Fedge()は、エッジ保留フィルタリング関数を表す。
【００３０】
ダーク・チャネル・プライアにより、次の式が得られる。
【数１１】
0005954418.tif 000012
【００３１】
よって、次の式に基いて、霧あり画像中の各画素の透過率を得ることができる。
【数１２】
0005954418.tif 000013
【００３２】
全体の被写界深度が比較的に大きい霧あり画像において少量の霧による効果を保留するために、上述の式に一つの常数w（0＜w≦1）を導入すると、次の式が得られる。
【数１３】
0005954418.tif 000014
【００３３】
ここで、w＝0.85と仮定する。
【００３４】
本発明の実施例におけるダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法では、加重最小二乗法（WLS）フィルタを用いて、エッジ保留フィルタリング処理を行うことを提案する。ｔ（ｘ）を求めた後に、それを[0.1，1.0]の範囲内に調整する必要がある。
【００３５】
従来のWLSフィルタ
従来のWLSフィルタは、次の線形システムを用いて入力画像に対してフィルタリング処理を行い、これによって、フィルタリング処理後の出力画像を得る。
【数１４】
0005954418.tif 000015
【００３６】
そのうち、
【数１５】
0005954418.tif 000016
【００３７】
そのうち、ｇは、入力画像を表し、uは、出力画像を表し、L=ln(g)である。i及びjは、マトリックス中の左から右へ、上から下への順で、0から1逓増するように示される要素のインデックス（順番号）を表し、N4(i)は、マトリックス中の要素（又は画素）iの上側、下側、左側、及び右側の４個の隣接する要素を表す。α及びλは、二つのパラメータである。αは、ｇの勾配を確定するために用いられ、λは、平滑処理の程度を制御するために用いられる。εは、一つの非常に小さい常数であり、通常、0.0001である。
【００３８】
マトリックスBを構築するプロセスは、図2に示される。ここでは、マトリックスLがm（行）×n（列）個の要素を含むと仮定すると、マトリックスBは、（m×n）×（m×n）個の要素を含む。マトリックスB中の任意の一つの要素Bi，jについては、該要素Bi，jを得るために、マトリックスL中の要素Li及び該要素Liの上、下、左、右側に位置する4個の隣接する要素を考慮する必要がある（即ち、入力画像中の画素Pi及画素Piの上、下、左、右側の4個の隣接する画素を考慮する必要がある）ので、マトリックスBは、5つの対角線上のみに非零（非ゼロ）要素を有する。マトリックスB中の主対角線上の要素の値が固定であり、これによって、マトリックスB中の各行の要素の算術和（arithmetic  sum）が1である。明らかであるように、マトリックスBは、疎な対称マトリックスである。
【００３９】
Cholesky分解法を採用すれば、線形システムBu=gを解くために必要な時間複雑度がO((m*n)2)である。
【００４０】
高速WLSフィルタ
高速WLSフィルタは、次の二つの線形システムを解くことで、入力画像に対してフィルタリング処理を行い、これによって、フィルタリング処理後の出力画像を得る。
【数１６】
0005954418.tif 000017
【数１７】
0005954418.tif 000018
【００４１】
そのうち、
【数１８】
0005954418.tif 000019
【数１９】
0005954418.tif 000020
【００４２】
そのうち、ｇは、入力画像を表し、uは、出力画像を表し、L=ln(g)である。i及びjは、マトリックスL（又は入力画像）中の左から右へ、上から下への順で、0から1逓増するように示される要素（又は画素）のインデックスを表し、
（外１）
0005954418.tif 000021
は、マトリックスL（又は入力画像）中の要素（又は画素）iの上側及び下側の二つの隣接する要素（又は画素）を表す。α及びλは、二つのパラメータである。αは1.0の値を取り、λは3.0の値を取る。αが1.0を取ることは、出力画像が入力画像の勾配にそんなに敏感でないことを表し、入力画像にとても大きい勾配の変化が発生した場合のみ、出力画像中の勾配の変化を引き起こすことがある。λが3.0を取ることは、出力画像が非常にスムースであることを表す。
【００４３】
マトリックスB′及びBを構築するプロセスは、図3に示される。要素i及びその上側及び下側の二つの要素のみを考慮するので、マトリックスB′及びBは、三つの対角線上のみに非零要素を有する。
【００４４】
従来のWLSフィルタに比べ、３対角（three-diagonal）線形システムを解くことがより容易である。例えば、LDLT分解法を用いることができ、その時間複雑度がO(m*n)である。明らかであるように、高速WLSフィルタの効率は、従来のWLSフィルタの効率に比べ、大きく向上している。
【００４５】
図4は、本発明の実施例におけるダーク・チャネル・プライアによる画像除霧方法のフローチャートである。図5は、本発明の実施例におけるダーク・チャネル・プライアによる画像除霧システムのブロック図である。以下、図4及び図5を基に、本発明の実施例における画像除霧方法及び画像除霧システムを詳しく説明する。
【００４６】
図5に示すように、本発明の実施例における画像除霧システムは、大気光値取得ユニット502、霧あり画像変換ユニット504、透過図取得ユニット506、及び除霧画像取得ユニット508を含み、それらの機能は、次の通りである。
【００４７】
大気光値取得ユニット502は、霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を取得し、これらの最小強度値を用いて霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、そして、該局所最小強度画像中の所定サイズの最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおける強度値のうちの最大値を、霧あり画像の大気光値がそれぞれRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルにおけるコンポーネント値として選択する（即ち、ステップS402を実行する）ために用いられる。
【００４８】
霧あり画像変換ユニット504は、霧あり画像の大気光値を用いて、霧あり画像に対して変換を行うことで、霧あり画像の変換画像を得る（即ち、ステップS404を実行する）ために用いられる。
【００４９】
透過図取得ユニット506は、霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、霧あり画像の透過図を得る（即ち、ステップS406を実行する）ために用いられる。
【００５０】
除霧画像取得ユニット508は、霧あり画像の透過図、大気光値、及び、霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用いて、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を求める（即ち、ステップS408を実行する）ために用いられる。
【００５１】
以下、図5に示す画像除霧システムが霧あり画像に対して除霧処理を行うことで除霧画像を得るプロセスを詳しく説明する。
【００５２】
まず、大気光値取得ユニット502は、霧あり画像のサイズに基いて、霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を得るための局所画素ブロックのサイズを設定し、その後、局所最小値フィルタを用いて、式（4）により、霧あり画像中の各画素xを中心とする局所画素ブロック中の全ての画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値のうちの最小の一つの強度値を、該画素xに対応する最小強度値として見つけ、そして、これらの最小強度値を用いて霧あり画像の局所最小強度画像を形成し、続いて、該局所最小強度画像中の0.1％の最も明るい領域が霧あり画像においてカバーする領域中の全ての画素がそれぞれR、G、Bチャネルにおける強度値の最大値を、霧あり画像の大気光値AがそれぞれR、G、Bチャネルにおけるコンポーネント値として選択する。
【００５３】
続いて、霧あり画像変換ユニット504は、
【数２０】
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により、霧あり画像の大気光値を用いて霧あり画像に対して変換を行い、これによって、霧あり画像の変換画像fを得る。ここで、霧あり画像変換ユニット504は、
【数２１】
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により、霧あり画像の変換画像fを得ることもできる。
【００５４】
その後、透過図取得ユニット506は、式（12）又は（13）により、霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行い、霧あり画像の透過図tを得る。
【００５５】
最後に、除霧画像取得ユニット508は、霧あり画像の透過図t、大気光値A、及び霧あり画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を用いて、除霧画像中の各画素のRチャネル、Gチャネル、及びBチャネルの強度値を求める。
【００５６】
ここで、大気光値取得ユニット502は、式（5）及び（6）により、霧あり画像中の各画素に対応する最小強度値を得るための局所画素ブロックのサイズを設置することができる。透過図取得ユニット506は、式（14）及び（15）（即ち、従来のWLSフィルタ）又は式（16）〜（19）（即ち、高速WLSフィルタ）を用いて、霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行うことができる。
【００５７】
そのうち、透過図取得ユニット508が高速WLSフィルタを用いて霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行う処理では、高速WLSフィルタが霧あり画像の変換画像を用いて二つの疎な対称の３対角（Tridiagonal  Matrix）マトリックスを構築し、そして、順に、該二つの疎な対称の３対角マトリックスを用いて、霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う。高速WLSが構築した二つの疎な対称の３対角マトリックスのうち、第一の疎な対称の３対角マトリックスの各非主対角要素は、それが霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し、第二の疎な対称の３対角マトリックスの各非主対角要素は、それが前記霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有し；又は、第一の疎な対称の３対角マトリックスの各非対角要素は、それが霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が水平に隣接する位置に位置すりる時のみに非零値を有し、第二の疎な対称の３対角マトリックスの各非主対角要素は、それが霧あり画像の変換画像上に対応する二つの画素が垂直に隣接する位置に位置する時のみに非零値を有する。
【００５８】
透過図取得ユニット508が従来のWLSフィルタを用いて霧あり画像の変換画像に対してエッジ保留フィルタリング処理を行う処理では、該従来のWLSフィルタが霧あり画像の変換画像を用いて一つの疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを構築し、そして、この疎な対称の五つの対角線を有するマトリックスを用いて、霧あり画像の変換画像に対してフィルタリング処理を行う。
【００５９】
以上、本発明の具体的な実施例を参照して本発明を説明したが、当業者が理解すべきは、これらの具体的な実施例に基いて行ったあらゆる変更、組み合わせ及び変形は、添付した特許請求の範囲又はそれに相当する他のものにより限定されている本発明の精神及び範囲に脱離しないとのことである。
【００６０】
ダーク・チャネル・プライア及びSoft  matting  interpolation  による画像除霧方法に比べ、本発明は、良好な除霧効果を実現することができると同時に、計算複雑度を大幅に低減させることができ、これによって、除霧処理の時間を大幅に短縮することができる。また、メディアンフィルタによる画像除霧方法に比べ、本発明は、より高い除霧画像の品質を提供できおると同時に、除霧処理の時間を短縮することもできる。
【００６１】
ニーズに応じて、ハードウェア又はソフトウェアにより上述のステップを実行することもできる。なお、本発明の範囲を離脱しない前提で、本明細書に記載のフローチャートにステップを追加し、その中からステップを除去し、又は、その中のステップを修正することができる。一般的に言えば、フローチャートは、機能を実現するための基本操作を示すための１種類の可能なシーケンスのみである。
【００６２】
本発明の実施例は、プログラム可能な汎用デジタルコンピュータ、専用集積回路、プログラム可能なロジック部品、FPGA（Field-Programmable  Gate  Array）、光的、化学的、生物的、量子的又はナノテクのシステム、アセンブリ及びメカニズムにより実現しても良い。一般的に言えば、本発明の機能は、当業者に既知の任意の手段で実現しても良い。分布式又はネットワークされるシステム、アセンブリ及び回路を用いることができる。データの通信又は伝送は、有線又は無線又は他の任意の手段で実現することができる。
【００６３】
なお、特定の応用のニーズに応じて、図面に示す要素のうちの一つ又は複数は、更に分離した又は更に集積した方式で実現してもよく、又は、ある場合には除去又は使用停止しても良い。マシン可読媒体に記憶されているプログラム又はソースコードにより、コンピュータに、上述の任意の方法を実行させるというような実現も、本発明の精神及び範囲内に属する。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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