第2期 王科平，等：一种基于雨线主方向自适应的全局稀疏去雨模型 ·273· 影现象。 每一幅雨图都存在一个雨线降落主方向，由 2 基于雨线主方向自适应的全局稀 于在同一幅雨图中雨线降落方向近似相同，雨线 的方差较小，而背景边缘方向各异，其方差较 疏去雨模型 大。为了较为准确确定雨线降落主方向，将输入 2.1自适应调节雨线主方向角度 的雨图均分为16块，取方差最小的图像块用于确 由于在YCbCr颜色空间中，雨线只出现在 定雨线降落主方向。 Y通道分量图，剩余2通道分量图几乎看不见雨 图2以“竹子”图为例进行说明，“竹子”图的 线。因此，将输入的RGB空间的雨图像转换到 第16小块方差最小，该图像块中主要呈现为墙 YCbCr空间，本文只需对Y通道分量图进行处 壁、地面等，其背景相对平滑，则该图像块受背景 理，最后进行通道重组可减少计算量。 干扰小，故可选取方差最小的图像块用于确定雨 首先，确定待处理雨图的雨线主方向。由于 线降落主方向。 受风力的影响，导致雨线在垂直方向向左或右偏 转，一般在90°±45°的范围内，即雨线降落角度 0∈[45°，135]。将长度为90°的降落区间分成9 格，每格区间长度设置为10°，以每格均值（如 50°，60°，，130)为雨线主降落方向，对应图像 库编号分别为1,12，…，。本文之所以设置区间 长度为10°，是确保每一幅雨图中即便雨线在不 (a)“竹子”Y通道 (b)方差最小 (c)I,主方向 同区域存在偏差，±5°的角度偏差仍然满足要求。 分16块 图像块 角度为90° 由于图像库中的雨线图的作用是为了确定待处理 图2图像分块匹配确定雨线主方向 雨图的雨线主方向，为了清晰显示雨线在图中的 Fig.2 Image block matching determines the main direc- tion of the rain streaks 分布情况，本文以二值图的形式进行展示所建立 的纯雨线图像库，如图1所示。 接着，将以方差最小的图像块，依据HOG特 征进行匹配，将匹配度最高的图像库中的雨线图 的主方向降落角度百视作待处理雨图的雨线主方 向降落的角度，旋转待处理雨图直到其雨线主方 向沿垂直方向，记旋转角为0。 同样，以“竹子”图为例说明，“竹子”图的第 16小块方差最小，以该图像块的HOG特征与雨 (a)L主方向 (b),主方向 (c)L主方向 角度为50 角度为60° 角度为70° 线图像库中雨图的HOG特征进行匹配，此时匹 配度最高的雨图为I,将I5的雨线主方向视作待 处理雨图的雨线主方向，记雨线主方向角百为 90°，则旋转角0=0°，此时无需旋转待处理雨图。 总之，待处理雨图的旋转角0为： 90°-0 11,I2,13,L4 0= 0° (5) (d)1主方向 (e)1主方向 (①1主方向 -|l0-90|=90°-a.16,1.18,1g 角度为80° 角度为90° 角度为100° 式中旋转角0的正负性可用来进行旋转方向 的判断，具体为： 0>0° I1,2,I3,I4 0= 0=0° 1 (6) 0<0°， 16,1,18,1g (g)I2主方向 (h)I主方向 (①I主方向 综上所述，当雨线以不同角度偏离坐标轴时， 角度为110° 角度为120° 角度为130° 旋转角0由以下3种情况确定： 图1雨线图像库 1)0>0°，需要逆时针旋转0，旋转角的大小为 Fig.1 Rain streaks image library 90°-0，从而使雨线近似沿着垂直方向降落；影现象。 2 基于雨线主方向自适应的全局稀 疏去雨模型 2.1 自适应调节雨线主方向角度 由于在 YCbCr 颜色空间中，雨线只出现在 Y 通道分量图，剩余 2 通道分量图几乎看不见雨 线。因此，将输入的 RGB 空间的雨图像转换到 YCbCr 空间，本文只需对 Y 通道分量图进行处 理，最后进行通道重组可减少计算量。 θ ∈ [ 45◦ ,135◦ ] I1, I2, ··· , I9 首先，确定待处理雨图的雨线主方向。由于 受风力的影响，导致雨线在垂直方向向左或右偏 转，一般在 90°±45°的范围内，即雨线降落角度 。将长度为 90°的降落区间分成 9 格，每格区间长度设置为 10°，以每格均值 (如 50°，60°，···，130°) 为雨线主降落方向，对应图像 库编号分别为 。本文之所以设置区间 长度为 10°，是确保每一幅雨图中即便雨线在不 同区域存在偏差，±5°的角度偏差仍然满足要求。 由于图像库中的雨线图的作用是为了确定待处理 雨图的雨线主方向，为了清晰显示雨线在图中的 分布情况，本文以二值图的形式进行展示所建立 的纯雨线图像库，如图 1 所示。 (f) I6主方向 角度为100° (g) I7主方向 角度为110° (h) I8主方向 角度为120° (i) I9主方向 角度为130° (e) I5主方向 角度为90° (a) I1主方向 角度为50° (b) I2主方向 角度为60° (c) I3主方向 角度为70° (d) I4主方向 角度为80° 图 1 雨线图像库 Fig. 1 Rain streaks image library 每一幅雨图都存在一个雨线降落主方向，由 于在同一幅雨图中雨线降落方向近似相同，雨线 的方差较小，而背景边缘方向各异，其方差较 大。为了较为准确确定雨线降落主方向，将输入 的雨图均分为 16 块，取方差最小的图像块用于确 定雨线降落主方向。 图 2 以“竹子”图为例进行说明，“竹子”图的 第 16 小块方差最小，该图像块中主要呈现为墙 壁、地面等，其背景相对平滑，则该图像块受背景 干扰小，故可选取方差最小的图像块用于确定雨 线降落主方向。 (a) “竹子”Y 通道 分16块 (b) 方差最小 图像块 (c) I5主方向 角度为90° 图 2 图像分块匹配确定雨线主方向 Fig. 2 Image block matching determines the main direc￾tion of the rain streaks θ˜ θ 接着，将以方差最小的图像块，依据 HOG 特 征进行匹配，将匹配度最高的图像库中的雨线图 的主方向降落角度 视作待处理雨图的雨线主方 向降落的角度，旋转待处理雨图直到其雨线主方 向沿垂直方向，记旋转角为 。 I5 I5 θ˜ θ = 0 ◦ θ 同样，以“竹子”图为例说明，“竹子”图的第 16 小块方差最小，以该图像块的 HOG 特征与雨 线图像库中雨图的 HOG 特征进行匹配，此时匹 配度最高的雨图为 ，将 的雨线主方向视作待 处理雨图的雨线主方向，记雨线主方向角 为 90°，则旋转角 ，此时无需旋转待处理雨图。 总之，待处理雨图的旋转角 为： θ =    90◦ −θ,˜ I1,I2,I3,I4 0 ◦ , I5 −   θ˜ −90◦    = 90◦ −θ,˜ I6,I7,I8,I9 (5) 式中旋转角 θ 的正负性可用来进行旋转方向 的判断，具体为： θ =    θ > 0 ◦ , I1,I2,I3,I4 θ = 0 ◦ , I5 θ < 0 ◦ , I6 ,I7 ,I8 ,I9 (6) θ 综上所述，当雨线以不同角度偏离坐标轴时， 旋转角 由以下 3 种情况确定： θ > 0 ◦ θ 90◦ −θ˜ 1) ，需要逆时针旋转 ，旋转角的大小为 ，从而使雨线近似沿着垂直方向降落； 第 2 期 王科平，等：一种基于雨线主方向自适应的全局稀疏去雨模型 ·273·