前言

由于當(dāng)前安全形勢的日益嚴(yán)峻以及軍事斗爭的迫切需要，利用先進(jìn)前沿的計算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的智能感知、智能決策等智能化分析，對提供高效、準(zhǔn)確、實(shí)時的監(jiān)控服務(wù)，增強(qiáng)安全性、提高效率和優(yōu)化資源利用具有重要意義。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠解決人員因長時間、高強(qiáng)度關(guān)注監(jiān)控畫面而產(chǎn)生的視覺疲勞，有效降低錯檢、漏檢情況發(fā)生的可能性。上述智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)條件是監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確感知，然而由于計算機(jī)尚不具備人腦強(qiáng)大的信息推理能力，因此智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對場景內(nèi)容的理解程度極大依賴于采集視頻(圖像)的質(zhì)量，然而戶外視覺傳感器由于常年受到雨等環(huán)境影響，導(dǎo)致采集視頻出現(xiàn)多種退化降質(zhì)現(xiàn)象。例如:在霧霾天氣下空氣中的懸浮粒子對光線傳播產(chǎn)生折射和散射作用，使視覺傳感器采集的圖像呈灰白色，導(dǎo)致物體特征難以辨認(rèn);在大雨條件下，雨水快速下落和聚集形成雨紋，導(dǎo)致視覺傳感器采集圖像的部分區(qū)域被遮擋。上述圖像降質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重影響著智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確感知，然而當(dāng)前技術(shù)水平尚無法從硬件層面對上述圖像降質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行處理，為此在現(xiàn)有視覺傳感器的基礎(chǔ)上如何利用計算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)霧、雨等惡劣環(huán)境下降質(zhì)圖像質(zhì)量的增強(qiáng)處理，從而提升視覺傳感器的抗于擾能力和在高級視覺任務(wù)中的智能化應(yīng)用效果，具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。

目前深度學(xué)習(xí)已成為惡劣環(huán)境降質(zhì)圖像增強(qiáng)領(lǐng)域的主要研究方向，該類方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)架構(gòu)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動方式學(xué)習(xí)降質(zhì)圖像與清晰圖像之間的非線性映射關(guān)系，從而將降質(zhì)圖像轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量圖像，有效避免了傳統(tǒng)圖像增強(qiáng)方法因引人人工先驗(yàn)而導(dǎo)致的人為誤差。鑒于此，本書立足于智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，針對圖像去霧、圖像去雨相關(guān)理論，系統(tǒng)介紹了圖像去霧圖像去雨近二十年的發(fā)展情況，包括傳統(tǒng)圖像去霧、圖像去雨方法以及當(dāng)前主流基于深度學(xué)習(xí)的圖像去霧、圖像去雨方法等，并重點(diǎn)闡述了筆者的相關(guān)工作。

全書共分為8章。第1章主要介紹霧、雨形成機(jī)理、數(shù)學(xué)模型，以及圖像去霧、圖像去雨相關(guān)研究現(xiàn)狀;第2章主要介紹傳統(tǒng)圖像去霧和深度學(xué)習(xí)圖像去霧的代表性算法，以及圖像去霧算法廣泛使用的數(shù)據(jù)集和評價指標(biāo)等:第3章主要介紹傳統(tǒng)圖像去雨和深度學(xué)習(xí)圖像去雨的代表性算法，以及圖像去雨算法廣泛使用的數(shù)據(jù)集和評價指標(biāo)等:第4~7章介紹作者在圖像去霧領(lǐng)域的相關(guān)研究工作，包括基于遞歸卷積的多尺度深度圖像去霧算法、基于先驗(yàn)信息引導(dǎo)的多編碼器圖像去霧算法、基于物理模型引導(dǎo)的多解碼器圖像去霧算法、基于物理分解的弱監(jiān)督圖像去霧算法等:第8章介紹作者在圖像去雨領(lǐng)域的相關(guān)研究工作，即基于多階段特征融合的圖像去雨算法。

本書由崔智高擬訂全書的大綱和撰寫第1~3章，并對全書進(jìn)行統(tǒng)稿、修改和定稿，由王念執(zhí)筆第4、5章，蘇延召執(zhí)筆第6、7章，蘭云偉執(zhí)筆第8章。本書在著述過程中得到了火箭軍工程大學(xué)機(jī)關(guān)、機(jī)電教研室的支持和幫助，在此一并表示感謝。

由于圖像去霧、圖像去雨相關(guān)研究更新速度快，加之作者水平有限，本書難免存在不妥之處，謹(jǐn)請讀者指正。

作 者

2024年9月于西安