大气散射模型
入射光衰减模型：描述了光从场景点到
观测点之间的削弱衰减过程。
大气散射模型
大气光成像模型：描述了周围环境中的
各种光由于大气粒子的散射作用,对观
测点所接收到的光强的影响。
表现：室外视觉系统所捕获的场景图像其对比度、颜色和分辨率等特征衰减明显。
原因：光线在从场景点到接收点的传播过程中,遇到悬浮于大气中粒径较大的气溶胶粒子,与之发生,从而使光能的亮度、
颜色等特性发生改变。
其中散射是可见光波段导致雾天图像降质的主要因素,
而吸收和福射作用所造成的影响则相对较小。
瑞利散射(Rayleigh)（分子散射）：粒子尺度远小于入射
波长的散射现象。
散射
米氏(Mie)散射：粒子尺度与波长可比拟。
瑞利散射：使天空呈现蓝色,纯净的水面由于反射天空的光线,也呈现蓝色。
散射体中往往包含很多散射粒子,因此每个粒子的散射光都可能会被其他粒子再散射。
根据入射光在传播过程中被大气粒子散射后是否再次发生散射,可以将散射分为单散射现象和多散射现象。
雾天散射：一方面部分物体表面的反射光因散射而损失,使得到达观测点的光强降低,并随着传播距离的增大而呈指数衰减;
另一方面,大气粒子的散射作用还来自附加在目标图像上的大气光,以使大气表现出光源的特性,且环境光的强度随着传播距离的增大而逐渐增加。
以上两方面的作用导致雾天捕获图像的对比度、颜色等特征衰减明显。
入射光衰减模型：大气散射引起观测点接收到的场景点福射光强随景深的增而呈指数衰减。
大气光成像模型：由于光路上粒径较大的大气微粒对周围环境中的入射光具有反射作用,因此会有部分光沿着观测路线射向观测点,这部分光照可以看作是由大气产生的光源,称为大气光。
大气光的主要来源为直射的阳光、散射的天空光以及由地面反射的光等。
大气散射模型知识讲解
大气散射模型入射光衰减模型：描述了光从场景点到观测点之间的削弱衰减过程。
大气散射模型大气光成像模型：描述了周围环境中的各种光由于大气粒子的散射作用,对观测点所接收到的光强的影响。
表现：室外视觉系统所捕获的场景图像其对比度、颜色和分辨率等特征衰减明显。
原因：光线在从场景点到接收点的传播过程中,遇到悬浮于大气中粒径较大的气溶胶粒子,与之发生,从而使光能的亮度、颜色等特性发生改变。
其中散射是可见光波段导致雾天图像降质的主要因素,而吸收和福射作用所造成的影响则相对较小。
瑞利散射(Rayleigh)（分子散射）：粒子尺度远小于入射波长的散射现象。
散射米氏(Mie)散射：粒子尺度与波长可比拟。
瑞利散射：使天空呈现蓝色,纯净的水面由于反射天空的光线,也呈现蓝色。
散射体中往往包含很多散射粒子,因此每个粒子的散射光都可能会被其他粒子再散射。
根据入射光在传播过程中被大气粒子散射后是否再次发生散射,可以将散射分为单散射现象和多散射现象。
雾天散射：一方面部分物体表面的反射光因散射而损失,使得到达观测点的光强降低,并随着传播距离的增大而呈指数衰减;另一方面,大气粒子的散射作用还来自附加在目标图像上的大气光,以使大气表现出光源的特性,且环境光的强度随着传播距离的增大而逐渐增加。
以上两方面的作用导致雾天捕获图像的对比度、颜色等特征衰减明显。
入射光衰减模型：大气散射引起观测点接收到的场景点福射光强随景深的增而呈指数衰减。
大气光成像模型：由于光路上粒径较大的大气微粒对周围环境中的入射光具有反射作用,因此会有部分光沿着观测路线射向观测点,这部分光照可以看作是由大气产生的光源,称为大气光。
大气光的主要来源为直射的阳光、散射的天空光以及由地面反射的光等。
大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用
大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的应用引言：雾天对于图像处理和目标检测带来了许多挑战。
在雾天条件下，图像中的细节被模糊和遮蔽，同时海面上的小目标也因雾气的存在而变得难以识别。
为了克服这些问题，科学家们引入了大气散射模型，该模型可以帮助恢复被雾气所遮挡的图像信息，并提高海面小目标的检测率。
一、大气散射模型的原理大气散射模型是根据大气散射现象建立的数学模型。
在雾天条件下，光线与雾气中的微小颗粒相互作用，导致光线的散射现象。
根据散射模型，我们可以估计雾气对图像亮度和颜色的影响，进而利用这些信息进行图像增强和目标检测。
二、雾天图像增强1. 雾气的影响：在雾天条件下，由于光线的散射现象，图像的亮度和对比度会降低，同时出现色偏现象，使得图像细节难以辨认。
2. 大气散射模型在图像增强中的应用：大气散射模型可以估计图像中雾气的浓度和颜色参数，进而根据这些参数调整图像的亮度和对比度，减轻色偏现象。
通过该模型的应用，雾天图像的细节可以得到恢复，图像的视觉效果将更加清晰和自然。
三、海面小目标检测1. 雾气的影响：在海面上，雾气的存在会导致小目标在图像中的表示模糊，目标的边缘和纹理特征难以捕捉，从而给目标检测带来困难。
2. 大气散射模型在目标检测中的应用：大气散射模型可以帮助恢复由雾气导致的图像模糊，使得海面小目标的边缘和纹理特征得以增强。
在目标检测过程中，我们可以利用散射模型对原始图像进行预处理，将图像中的雾气效应去除后，再进行目标的特征提取和分类，从而提高小目标的检测率。
四、实验和应用科学家们通过实验验证了大气散射模型在雾天图像增强和海面小目标检测中的有效性。
他们使用了不同种类的雾天图像和海面小目标图像，通过调整大气散射模型的参数，成功地恢复了图像的细节并提高了小目标的识别率。
在实际应用中，大气散射模型的应用有着广泛的前景。
在军事上，利用该模型可以提高侦查和目标锁定的准确性；在海洋研究中，能够更好地识别和跟踪海洋中的小目标；在自动驾驶领域，可以增强汽车视觉系统在雾天条件下的图像处理能力。
大气散射模型原理
大气散射模型原理
大气散射模型是用来描述自然景物表面反射光线在大气中逐渐衰减的数学模型。
其原理可以简述为：当光线通过大气时，会被大气中的分子和颗粒物所散射。
这些散射事件会使得光线逐渐衰减、扩散和变色，最终到达人眼的光线成为不同颜色、亮度和方向的杂散光，使得物体在视觉上看起来更加模糊和暗淡。
在大气散射模型中，一般将大气分为多个不同的层，每一层具有不同的光学参数，如散射系数、吸收系数、逐渐变化的折射率等。
这些参数决定了光线在大气中的传播和衰减方式，从而影响景物的视觉品质。
通过对这些参数的建模和计算，可以得到不同大气条件下光线传播的特性，以及不同特定条件下景物的表面颜色、亮度和对比度等视觉特征，为计算机图形学和计算机视觉领域提供了重要的理论基础。
一种利用大气散射模型实现图像去雾的方法
图像透视一般有两种：平行透视和成角透视。真实场景中的这组平行线与画面成 90 度，就是平行透 视，只有 1 个灭点，如图 2；真实场景中的这组平行线与画面所成的角度只要不是 90 度，都是成角透视， 一般有 2 个灭点，如图 3。
Received: Mar. 25th, 2017; accepted: Apr. 8th, 2017; published: Apr. 11th, 2017
Abstract
In view of the problem that the image under foggy days is not clear, the atmospheric scattering model is used to process the image dehazing. First, the Curvelet transform extracts the image edge and calculates the vanishing point on the basis of the intersection of straight line edges. Then it calculates the depth of field value according to the vanishing point. The radiation coefficient of incident light in the foggy image is obtained, which means that the real color value of the image is obtained and the image dehazing is finished. When calculating the depth of field value, it respectively calculates the depth of field value of every foggy image’s pixel at the same time, which solves the partial area color distortion problem that is caused by using single depth of field, and makes the processed image look more natural. Finally, the validity of the method is verified by experiments.
一种基于大气散射模型和Retinex的红外图像去雾算法
一种基于大气散射模型和Retinex的红外图像去雾算法董浩伟;陈洁【摘要】基于红外图像和可见光图像在有雾天气下退化过程中的相似性,可以使用大气散射模型对红外图像进行图像复原.但是图像在去雾复原处理后常常会有对比度低,细节不明显的特点,不利于人眼直接观察.针对这一情况,使用Retinex对去雾后的图像进行对比度增强.经过这两个算法处理后可以提高红外图像的对比度,突出其细节,提高其信噪比,并且具有良好的视觉效果.对算法的改进可以在计算处理速度和算法处理的效果上找到一个平衡点,为后期的嵌入式平台实现实时的视频去雾打下基础.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】10页(P347-356)【关键词】大气散射模型;去雾;Retinex【作者】董浩伟;陈洁【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223【正文语种】中文【中图分类】TP391.41夜视技术的出现为全天候作战提供了可行性，在军事夜战中夜视技术占据极其重要的地位。
红外成像技术将人眼的观察范围扩大到光谱红外区，大大提高人眼观察的区间[1]。
雾和霾是一种常见的天气现象，并且由于近几年空气质量严重恶化，雾霾等恶劣天气频繁出现。
雾霾天气下，大气环境中存在着大量的悬浮颗粒，传播过程中光线会受到这些悬浮颗粒散射的影响。
和无雾场景相比较，图像的清晰度和对比度都会被衰减，从而影响整体的视觉效果[2]。
在使用过程中，很可能由于图像质量太差而无法获得特定细节，使得红外成像系统失去其应用价值。
虽然近红外的热像仪因其波长较短，在传播的过程中受空气溶胶影响较小，本身具有一定的透雾功能。
但是现在红外热像仪主要工作于中波和长波波段，受雾霾影响严重，所以对红外图像的去雾研究还是很有必要的。
对红外图像进行去雾研究时，往往借鉴于可见光图像的去雾算法，可见光的去雾算法一般包括图像增强和基于物理模型的图像复原。
由于红外图像成像的特殊性，红外图像的对比度、信噪比、分辨率都弱于可见光图像。
丁道尔(tyndall)现象
丁道尔现象是指在大气中空气悬浮颗粒的散射现象。
这项现象得名自19世纪的英国物理学家约翰·丁道尔，他首次描述了这一大气光学现象。
1. 丁道尔现象的产生机理丁道尔现象是由于大气中的空气分子和悬浮颗粒对可见光的散射而产生的。
在大气中，空气分子、水蒸气和悬浮粒子会使得可见光产生不同程度的散射和吸收，从而导致我们能够看到天空、云彩以及辉煌的日落和日出等现象。
2. 丁道尔现象的表现形式丁道尔现象的经典表现形式包括蓝天、橙黄色的日落和日出，以及云层的明亮和阴暗部分。
在大气中，空气分子对短波长的蓝色光散射较多，因此天空呈现出蓝色。
而在太阳日出和日落时，由于光线经过更长的路径穿越大气，在散射和吸收的作用下，蓝色光几乎被完全散射掉，而橙黄色的光线则得以渗透并呈现出日出和日落的美丽色彩。
3. 丁道尔现象的重要意义丁道尔现象对气象、大气光学、环境科学和远距离通讯等领域具有重要意义。
通过对大气中散射现象的研究，科学家们能够更好地理解大气光学特性，从而为天气预报、气候变化研究以及大气光学应用提供基础支持。
丁道尔现象也对卫星通讯和激光通讯等远距离通讯技术产生影响，因为大气中的散射现象会影响光信号的传输和接收。
4. 丁道尔现象的研究和应用目前，丁道尔现象的研究已经成为气象学、大气光学和环境科学等领域的重要研究方向。
利用先进的大气观测技术和模拟模型，科学家们能够更精确地描述丁道尔现象在大气中的作用机理和特性。
这些研究成果不仅推动了对大气光学和气候变化的深入了解，也为相关技术和应用提供了理论支持。
结语丁道尔现象作为大气光学的重要现象，对我们理解大气光学特性、气象预测和环境科学都具有重要意义。
通过不断深入研究和应用，丁道尔现象将继续为领域相关的科学研究和技术创新做出贡献。
丁道尔现象作为大气光学领域的一个重要现象，其研究范畴已经逐渐拓展到更广泛的领域，包括天文学、环境科学、气候变化和通讯技术等。
对丁道尔现象的深入研究和应用不仅有助于我们更好地理解大气中的光学特性，还为相关领域的科学研究和技术创新提供了理论支持。
大气散射模型
基于大气散射模型的实时视频去雾方法研究摘要：近年来，我国空气质量大幅下降，导致雾霾天气日渐频繁。
在雾霾天气情况下，大气中存在着很多混浊介质（如，颗粒、水滴等），户外场景的视频图像出现了退化和降质，表现为清晰度和对比度低、色彩失真、细节特征模糊不清等特点。
视频图像的降质退化使得户外视觉系统不能正常发挥效用，降低了工作效率及其可靠性。
例如，在雾霾天气情况下，能见度降低，航拍视频中目标不可见，且色彩及对比度等特征严重衰减，无法满足航拍工作系统的灾害监测预警等后续要求。
因而，在计算机视觉这一领域内，有雾视频的清晰化是一个重要的问题。
本文对雾天视频图像的退化和降质进行了详细的分析，阐述了雾天视频图像降质的原因，研究了国内外研究人员在视频图像去雾方面的成果，分析了各研究人员去雾方法的理论基础和核心技术，在此基础上，详细研究了基于大气散射模型的暗通道先验去雾方法，并且进行改进和完善，作出创新。
本文建立基于大气散射原理的视频图像去雾模型，以暗通道先验去雾方法为基础，用导向滤波进行改进，采用VS2013和Opencv编写去雾算法程序，实现单幅图像去雾，然后进行CUDA加速，使对常用的1920×1080大小的视频图像进行去雾处理的运算速率达到每秒15帧以上，实现实时视频去雾。
最后，将本文的去雾算法与其他算法进行比较，对比不同去雾方法得到的恢复图的效果，以及不同方法的利弊，完善细节，将该算法应用于实际待去雾的视频中。
关键词：图像降质；图像去雾；暗通道先验；大气散射模型第1章绪论1.1 课题研究背景和意义一般情况下，获得清晰的视频图像是户外视觉系统正常工作和发挥效用的前提，因此，它对于天气情况非常敏感。
然而，近年来，我国空气质量大幅下降，多地频繁出现雾霾天气。
雾天条件下，户外场景的视频图像受到严重影响，这是由于大气中存在着许多混浊介质，包括颗粒、水滴等，这些介质会吸收和散射部分可见光，使成像设备接收到的光的强度产生衰减，这导致获取的视频图像产生退化和降质。
大气散射模型
入射光衰减模型：描述了光从场景点到观测点之间的削弱衰减过程。
大气散射模型大气光成像模型：描述了周围环境中的各种光由于大气粒子的散射作用,对观测点所接收到的光强的影响。
表现：室外视觉系统所捕获的场景图像其对比度、颜色和分辨率等特征衰减明显。
原因：光线在从场景点到接收点的传播过程中,遇到悬浮于大气中粒径较大的气溶胶粒子,与之发生,从而使光能的亮度、颜色等特性发生改变。
其中散射是可见光波段导致雾天图像降质的主要因素,而吸收和福射作用所造成的影响则相对较小。
瑞利散射(Rayleigh)（分子散射）：粒子尺度远小于入射波长的散射现象。
散射米氏(Mie)散射：粒子尺度与波长可比拟。
瑞利散射：使天空呈现蓝色,纯净的水面由于反射天空的光线,也呈现蓝色。
散射体中往往包含很多散射粒子,因此每个粒子的散射光都可能会被其他粒子再散射。
根据入射光在传播过程中被大气粒子散射后是否再次发生散射,可以将散射分为单散射现象和多散射现象。
雾天散射：一方面部分物体表面的反射光因散射而损失,使得到达观测点的光强降低,并随着传播距离的增大而呈指数衰减;另一方面,大气粒子的散射作用还来自附加在目标图像上的大气光,以使大气表现出光源的特性,且环境光的强度随着传播距离的增大而逐渐增加。
以上两方面的作用导致雾天捕获图像的对比度、颜色等特征衰减明显。
入射光衰减模型：大气散射引起观测点接收到的场景点福射光强随景深的增而呈指数衰减。
大气光成像模型：由于光路上粒径较大的大气微粒对周围环境中的入射光具有反射作用,因此会有部分光沿着观测路线射向观测点,这部分光照可以看作是由大气产生的光源,称为大气光。
大气光的主要来源为直射的阳光、散射的天空光以及由地面反射的光等。
大气对激光的散射
6
考虑最一般情况，一个电荷沿一直线作振幅很小的的上下加速运动，在与 运动轴成 角方位的电场就沿着与 视线垂直的方向，并在包含加速度 与视线的平面内。设距离为 r，那 么在 t 时刻电场的大小为
E（t ) qa(t r / c) sin 4 0c 2 r
（ 12）
其中 a( t-r/c ) 是 ( t-r/c ) 时刻的加速度，叫做推迟 加速度。
d [dPs ( )] I（ （ s ） ）ns P i ( ) dx d
（4）
4
（ 式中，I（ 是散射的辐射强度； 是比例系数，它是散射角 和波长的函数； ） s ） ns 是散射粒子浓度；Pi ( )dx 是入射到厚度为 dx 的元体积上的某一波长激光的 光束功率。将上式改写为
图 1 两类散射模型的强度分布
其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极 子振荡，并以此为中心向四周发出与入射波频率相同的子波，即散射波。散射 波的能量分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、形状和折射率有关。
2
对一波长为 λ 的单色激光光束，在不均匀媒介内传播距离X后，由于纯散 射作用，将使光束沿 x 方向衰减为
图 2 电荷产生的电场
假设电荷按非相对论性的任何方式作加速运动，由此我们计算加速电荷所 辐射的总能量。
q 2 a '2 sin 2 S 0cE 16 2 o c3r 2
2
（ 13）
S 是能流密度，就是在 方向每平方米所辐射的功率。注意到它与距离平方成 反比，要求出向所有方向辐射的总能量，则必须对上式所有方向积分。
13
参考文献： 《激光雷达技术》上册，戴永江 《费曼物理学讲义》第一卷，郑永令等 《大气散射》地理国情监测云平台网站
大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。
2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。