![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88256236/bg8.jpg)
第 2章 雾天图像成像理论分析
2.1 雾和霾的形成原理
雾是在和地面较为接近的大气空间中悬浮着的大量微小的冰晶颗粒物或者水滴,实质
上是一种乳白色的气溶胶。雾滴的尺寸通常比较大,一般在 1 微米到 60 微米之内,并且
其分布较为均匀。由于人的视觉系统能观察到的光波长在 380nm 到 780nm 之内,故人眼可
以观察到大气空间中的雾滴。 霾是由于空气中存在着大量有机碳氢化合物、 烟、 尘等粒子,
而使大气变得混浊的现象。它是由大气中的微小烟粒、尘粒等组成的集合体,当大气的凝
结核长大,并且空气中的湿度比较大时,在与地面较为接近的大气空间中会形成细小的水
滴悬浮在空中。相对人眼可以感知的光波长来说,组成霾的颗粒非常小,因此肉眼是无法
分辨的。当空气中出现霾时,会导致能见度降低,视野变得模糊
[17]
。
那么为什么会形成雾霾天气呢?根据研究,雾霾天气形成的原因包括以下几种:一是
空气湿度,二是温度的变化,三是大气中颗粒物形成的凝结核。首先,接近地面上方的大
气空间中,空气中湿度较大促使大气中的水汽凝结,另外,大气中可以容纳的水汽的数量
随着温度的升高会增多,这会使水汽的凝结加速,在一定的温度下,大气中的水汽出现饱
和时,多余的水汽就会凝结。同时,大气中存在着很多颗粒物,这些颗粒物形成凝结核,
当温度适宜时,颗粒物形成的凝结核就会吸附和凝结水汽,若温度下降,它们又会凝结成
悬浮在大气空间的细小的冰晶或者水滴。
2.2 大气散射模型
光传播时会接触大气中悬浮的颗粒物,有一部分光被颗粒物散射,接收的光会减弱。
散射和悬浮颗粒的大小、类型、分布及方向有很紧密的关系。依据 Mie 米氏散射理论,
McCartney 在 1975 年提出大气散射模型
[18,19]
。这个模型分析了雾天图像成像降质退化的机
理,把散射对光学传感器接受到的光的影响分为两个部分:一部分是目标物体反射的光,
反射光在从目标物体传播到传感器的过程中,被大气中悬浮着的大量颗粒物吸收和散射,
因此输入成像设备的光产生直接衰减;另外一个部分是周围的环境光,在成像过程中,环
境光也作为成像的一部分输入光,同样地,在环境光传播到成像设备传感器的过程中也会
被大气中的颗粒物散射,导致环境光的衰减。这两部分可以分别用入射光衰减模型和环境
光模型来表述。但大气散射模型要成立,也是需要一定的条件的,首先成像设备与目标物