机场雾天环境下场景成像退化模型及增强方法研究

课题以大气物理退化模型为基础，研究机场雾天环境下场景成像退化模型及增强方法，以暗通道理论模型和基于Retinex理论的人眼视觉模型为切入点，结合雾天图像的暗通道先验信息、场景自动分割及多尺度Retinex图像增强理论，实现了单幅图像或连续视频的去雾和增强。课题在研究过程中，先后提出了一种基于图像分割技术的复杂光照条件下的环境光估计方法；在雾天图像恢复模型中增加约束因子，建立了更为准确的大气环境光照模型；提出了一种复合多尺度模型来快速获取更为准确的场景深度信息；提出了一种基于局部统计信息的多尺度Retinex图像增强方法，解决了退化图像增强过程中的色彩失真问题。研究成果对目前图像视频去雾技术和系统的研发具有一定的指导意义，同时本项目取得的部分成果已实际应用到了机场场面视频监控系统中。 2100433B

雾天环境下，由于大气的散射作用，机场各类图像和视频监视设备的成像会出现不同程度的退化，场面目标成像不清晰，给空管运行指挥、飞机起降和机场管理带来严重影响。因此，研究雾天环境下机场场景的成像退化模型和增强方法，是提高机场环境的可视性、保障低能见度天气条件下机场运行安全的一项迫切任务。本课题以大气物理退化模型为基础，研究机场雾天环境下场景成像退化模型及增强方法，结合雾天图像的暗通道先验信息、场景自动分割及多尺度Retinex图像增强理论，实现单幅图像或连续视频的去雾和增强。本课题的重要创新点：提出一种复杂光照条件下的环境光估计方法，建立更为准确的大气环境光照模型；提出一种复合多尺度模型来获取更为准确的场景深度信息；提出一种基于局部统计信息的多尺度Retinex图像增强方法，解决退化图像增强过程中的色彩失真问题。本项目有望取得具有国际先进水平的学术和科研成果。

为提高成像设备在运动中对全场景进行监视和分析的效率和效果，课题以分布于球形表面的摄像机阵列获得的视频数据为对象，研究球面机器视觉模型，以新的视角- - 曲线空间中的视频处理和分析- - 研究球面机器视觉的形成机制和基础应用环节中的理论问题，以及全动态场景中目标全方位跟踪方法。首先，研究从球形摄像机阵列获得的高维图像集合到球面图像之间的数据优化传递关系，建立球面视觉的形成方法和曲线空间中更具一般性的图像处理理论和方法；进而研究成像设备运动过程中，寄生运动对成像过程的影响，提出从观测运动中相对运动的分离方法和寄生运动的抑制方法，提出球面立体视觉的形成机制、误差传递方法以及精度估计模型；在此基础上研究全动态场景中目标跟踪线索的选择机制和描述方法以及曲线空间中连续形变目标的立体跟踪方法。球面视觉是实现全动态场景监视和连续形变目标全方位不间断跟踪的有效途径。

为提高成像设备在运动中对全场景进行监视和分析的效率和效果，课题以分布于球形表面的摄像机阵列获得的视频数据为对象，研究球面机器视觉模型，通过曲线空间中的图像序列处理和分析，研究球面机器视觉的形成机制和基础应用问题，完成了球形曲面视觉及球面凸分布多目视觉传感器设计；提出一种通过变焦折反射光学系统来协调图像空间分辨率与视场的矛盾关系的思路，考察更为一般化的任意空间曲面成像机理及应用技术，研制了一种主动视觉系统——自由曲面折反射成像装置。该装置可根据任务需求及时地转移注意力焦点，达到一种始终监视全局，又能跟踪目标细节的智能性。基于此开展了大场景中有形变目标检测、跟踪方法研究。一方面，开展了连续变形目标包括视频中的聚集人群目标的异常检测与跟踪研究；另一方面，研究了面向深空探测的太阳系小天体接近段和交会段用于自主导航的目标跟踪方法，即复杂背景中小目标视觉捕获与跟踪，主要用于探测器的相对导航。 2100433B

空气雾幕投影成像是一种全新的空气成像设备。该设备是利用海市蜃楼的成像原理借助空气中存在的微粒将光影图像呈现。使用一层很薄的水雾墙代替传统的投影幕，使您能在该屏幕影像中随意穿梭，达到真人可进入视频画面的虚幻效果。使用雾化设备产生大量人工雾，结合空气流动学原理而制造出来的能产生形成平面雾气的屏幕，再将投影设备投射在该屏幕上，便可以在空间中形成虚幻立体的影像，形成一种三位空间立体图像，给人一种新的立体视觉享受，其影象给人的感受如同人行画中，画在人中，亦真亦幻，如置身仙境身处瑶池般。忽隐忽现，神秘诱人的特性开发一些令人称奇的展示项目。在迷茫的雾屏上，放映如幻似真的神话故事。将带给观众前所未有的视听体验。