一種多光源下的白平衡處理方法和裝置的製作方法
2023-06-08 14:49:26
專利名稱：一種多光源下的白平衡處理方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種多光源下的白平衡處理方法和裝置。
背景技術：
在不同的光源下，白光會變得偏藍或偏紅。光源色溫高的情況下偏藍，光源色溫低的情況下偏紅，從而不能正確反應出物體本身的顏色。色溫是對光源顏色的一種定量的描述，單位為K (開爾文)。人眼有色彩恆常性的功能，即在不同光照條件下，人的視覺系統都可以還原物體本身的顏色，不受色溫的影響，稱為顏色恆定性。但是攝像機的成像傳感器單元，例如電荷稱合元件(CCD)和金屬氧化物半導體元件(CMOS)不具備這樣的功能,所拍攝 圖像中的景物不經過白平衡處理前，在不同色溫光照下會出現偏色現象，被高色溫光照顏色偏藍，被低色溫光照顏色偏紅或黃。分量圖像的白平衡處理就是糾正在圖像中由色溫而引起的色彩偏差。目前工業中使用的傳感器，通常都由光線通過濾鏡採樣到紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色分量的信號，因此，調節R、G、B三個分量的增益值就可以完成白平衡過程。白平衡處理分為手動白平衡和自動白平衡兩種類型。手動白平衡的操作過程為對感興趣光照下的無彩色信息進行成像，可以藉助標準灰卡進行操作，對紅色、綠色和藍色信號中的放大增益進行調整，直到R、G、B成像畫面中灰色區域的標準灰卡R、G、B分量的數值相等。由於手動白平衡存在由人引起的操作誤差，並且在外部光照發生變化時，需要重新調節白平衡參數，只適合短時拍攝或室內固定光照的應用場景，因而在實際使用時更需要攝像機能跟蹤外部色溫變化，並對R、G、B的分量增益值進行調整，實現自動白平衡調節。目前的自動白平衡算法，可以分成兩類一類是整體灰度世界估計，另一類是局部灰度世界估計。整體灰度世界估計的思路為，假設圖像中所有像素點的R、G、B分量的累加值或平均值相同，即ALL_SUM_R = ALL_SUM_G = ALL_SUM_B (I)其中，ALL_SUM_F為圖像中所有像素點的R分量值之和，ALL_SUM_G為圖像中所有像素點的G分量值之和，ALL_SUM_B為圖像中所有像素點的B分量值之和。在攝像機成像角度較廣且無大片單色區域時，這種假設是成立的，誤差較小。對於一種或幾種組合的顏色佔據圖像較大區域面積時，整體灰度世界估計就不再成立。局部灰度世界估計的思路為，尋找待處理圖像中屬於灰色的像素點，分別統計所有灰色像素點的R、G、B分量累加值，然後據此計算各個R、G、B通道的增益值，即PART_SUM_R = PART_SUM_G = PART_SUM_B (2)其中，PART_SUM為圖像中所有灰色像素點的R分量累加值，PART_SUM_G為圖像中所有灰色像素點的G分量累加值，PART_SUM_B為圖像中所有灰色像素點的B分量累加值。圖I是現有技術的基於局部灰度世界估計的白平衡處理方法流程圖。參照圖1，所述白平衡處理方法包括如下步驟步驟101，獲取傳感器單元採集到的一幀完整的圖片；
步驟102，按照預定規則搜索整幅圖像中屬於灰色的像素點；其中，在搜索灰色像素點之前，還可以根據預先設置的閾值去除圖像中的飽和點。步驟103，分別統計所有灰色像素點的R、G、B分量的累加值；步驟104，按照R、G、B分量值相等的原則計算R、G、B分量的增益值；一般保持G分量的增益值不變，調整公式如下G_GAIN = IR_GAIN = PART_SUM_G/PART_SUM_RB_GAIN = PART_SUM_B/PART_SUM_R (3) 其中，G_GAIN為G分量的增益值，R_GAIN為R分量的增益值，B_GAIN為B分量的
增益值。步驟105，根據R、G、B分量增益值進行白平衡調節。對於每個像素點，將該像素點的R分量值與所述R分量增益值相乘，將該像素點的G分量值與所述G分量增益值相乘，將該像素點的B分量值與所述B分量增益值相乘，得到白平衡調節後的圖像。在上述方案的實施過程中，圖像中對灰色像素點的尋找和估計決定了白平衡算法的優劣。灰色像素點的選擇可以通過把R-G和B-G的值落在設定閥值區域內這一條件進行篩選。如圖2中的由陰影區域為灰色像素點範圍，其可以由坐標軸上的a、b、c三個數值確定。其中，a、b、c的取值和傳感器單元的物理特性相關，獲取方法如下放置不帶顏色的白板到燈箱中，燈箱的色溫可以調節，從低色溫開始調節燈箱的色溫值，統計相機採集到的原始RGB格式圖像對應白板區域的數值，並使用R、G、B三個分量各自的累加值計算R-G、B-G的值。根據不同色溫下R-G、B-G值的大小，判斷其取值範圍，得到由a、b、c參數確定的待測量傳感器灰色像素點範圍。對於整幅圖像對應一種色溫的光源的情況，圖像中每一個像素點在此色溫下的偏差保持恆定的關係。這種情況下，只需要把把採集到的原始像素點進行R_G、B-G的運算，根據運算結果是否在陰影區域內，就可以判斷出當前像素點是否屬於灰點，統計出圖像中所有的灰點，根據公式(3)，使用局部灰度世界估計算法估計出的整幅圖像的白平衡增益值，根據所述白平衡增益值對圖像進行白平衡調節。對圖像中只存在單個光源，整幅圖像色溫均勻的情況，上述方案可以較好的完成白平衡處理，但在實際場景中，常常存在兩種或多種光源的情況，即圖像的不同區域色溫不同。如交通場景下，黃色的路燈和遠處的汽車燈光常會同時存在。路燈的色溫較低，而汽車燈光色溫較高。在這種情況下，使用局部灰度世界統計得到的整幅圖像的增益值去進行白平衡調節，既不能表現出路燈的色溫，也無法準確表示圖像汽車燈光的色溫情況。實際上，使用上述的技術方案，即整幅圖像使用固定的白平衡增益值，其白平衡效果接近圖像中一部分的色溫情況，但這會使得圖像中屬於其它色溫的區域的圖像偏差變得更大，會給整幅圖像帶來顏色上的偏差。在已有的白平衡實施方案和技術中，均無法解決此類問題。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種多光源下的白平衡處理方法和裝置，能夠對不同色溫區域實現準確的白平衡調節。為實現上述目的，本發明提供技術方案如下一種多光源下的白平衡處理方法，包括將待處理圖像劃分成多個子塊；獲取各子塊對應的色溫值；根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊；獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益 值；根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值；根據每個像素點各自的白平衡增益值對所述待處理圖像進行白平衡調節。一種多光源下的白平衡處理裝置，包括子塊劃分模塊，用於將待處理圖像劃分成多個子塊；色溫值獲取模塊，用於獲取各子塊對應的色溫值；光源中心確定模塊，用於根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊；第一增益獲取模塊，用於獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值；第二增益獲取模塊，用於根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值；白平衡調節模塊，用於根據每個像素點各自的白平衡增益值對所述待處理圖像進行白平衡調節。與現有技術中整幅圖像使用固定的白平衡增益值相比，本發明的技術方案將待處理圖像劃分成多個子塊，根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊，然後，根據待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值確定每個像素點各自的白平衡增益值，能夠對不同色溫區域實現準確的白平衡調節。
圖I是現有技術的基於局部灰度世界估計的白平衡處理方法流程圖；圖2是現有技術的圖像灰點的篩選示意圖；圖3是本發明實施例的多光源下的白平衡處理方法流程圖；圖4是本發明實施例的多光源下的白平衡處理裝置結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明進行詳細描述。針對現有技術中存在的，在白平衡處理時整幅圖像使用固定的白平衡增益值所帶來的顏色偏差問題，本發明實施例提出一種多光源下的白平衡處理方法和裝置，能夠在多色溫場景下，對圖像中的不同色溫區域實施準確的白平衡調節。參照圖3，本發明實施例的多光源下的白平衡處理方法，可以包括如下步驟步驟301，將待處理圖像劃分成多個子塊；
等待攝像機完成一幀圖像的曝光過程後，從圖像傳感器中取出經過曝光後獲得的一幀未經白平衡處理的RGB格式圖像(拜耳(BAYER)格式的圖像數據)作為待處理圖像，可以將所述待處理圖像劃分成M*N個矩形塊。其中，M和N大小可以根據需要選擇，但一般M和N值範圍為[32，64]，取值過小則白平衡處理的效果改善不明顯，取值過大則會對後續色溫值估計的精度產生影響。另外，除了可以將所述待處理圖像劃分為多個矩形塊，還可以將所述待處理圖像劃分為多個其他形狀的子塊，例如，劃分為多個三角形塊。步驟302，獲取各子塊對應的色溫值；除了可以採用現有技術中的各種方式來獲取各子塊對應的色溫值之外，本發明收實施例還提供如下的優選方式來獲取各子塊對應的色溫值
首先，確定各子塊中的灰色像素點；然後，分別獲取每個子塊中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值；最後，根據每個子塊中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值，確定各子塊對應的色溫值。具體地，根據色溫的物理意義，可以按照如下公式計算各子塊對應的色溫值Temp(k) = abs(PART_SUM_R(k)-PART_SUM_G(k))/ (4)abs(PART_SUM_B(k)_PART_SUM_G(k))其中，Temp (k)為第k子塊對應的色溫值，PART_SUM_R(k)為第k子塊中所有灰色像素點的R分量累加值，PART_SUM_G(k)為第k子塊中所有灰色像素點的G分量累加值，PART_SUM_B(k)為第k子塊中所有灰色像素點的B分量累加值，k=l, 2，. . .，K，K為子塊總數，abs O為求絕對值運算。在本步驟中，可以採用背景技術中提到的方法來確定各字塊中的灰色像素點，即，分別計算各像素點的R-G值和B-G值，然後判斷該像素點的R-G值和B-G值是否落在圖2所示的陰影區域內，若是，則確定該像素點為灰色像素點。本領域技術人員知道，也可以採用現有技術中的其他方法來獲取灰色像素點，本發明對此不做限制。步驟303，根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊；根據光源的強度隨著距離增大而衰減的特性，處於光源處的色溫值為周邊子塊的色溫值的極值，因此，可以按照如下方式來判斷某個子塊是否處於光源中心，即是否為光源中心子塊首先，對於每個子塊，將該子塊與相鄰的各子塊構造為一子塊集合；然後，判斷該子塊對應的色溫值是否為所述子塊集合中各子塊對應的色溫值中的最大值或最小值，若是，則確定該子塊為光源中心子塊。例如，假設各子塊為矩形塊，對坐標值為(X，y)的子塊BLOCK (X，y)，將BLOCK (x, y)的色溫值與對應圖像中與該子塊相鄰的8個子塊的色溫值進行比較，如果BLOCK (X，y)的色溫值大於相鄰8個子塊的色溫值，或者，小於相鄰8個子塊的色溫值，則確定BLOCK (X，y)為一個光源中心位置。如果相鄰的子塊位置處於圖像有效區域之外，則對應的區域的色溫值使用此子塊本身的色溫值替代。優選地，為了計算光源中心所在圖像中的位置，還可以先對各個子塊的色溫值使用中值濾波進行處理，以去除噪聲幹擾和統計偏差。另外，本領域技術人員知道，也可以採用現有技術中的其他方法來獲取處於光源中心位置的子塊，本發明對此也不做限制。步驟304，獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值；可以採用局部灰度世界估計算法，來計算所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值。具體地，可以使用待處理圖像中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值，根據公式(3)計算出所述待處理圖像的全局白平衡增益值；對於每個光源中心子塊，可以使用該光源中心子塊中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分 量累加值，根據公式(3)計算出該光源中心子塊的白平衡增益值。步驟305，根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值；具體如下首先，對於圖像中每個像素點，根據圖像水平和垂直坐標值計算該像素點與各光源中心子塊之間的距離；然後，根據該像素點與各光源中心子塊之間的距離，對所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值進行擬合，得到該像素點的白平衡增益值。所述擬合方式可以是線性插值、曲線擬合等。以線性插值為例，對坐標為(x，y)的像素點，首先計算坐標(X，y)與各光源中心子塊之間的距離(可以是與各光源中心子塊的重心點(x(l)，y(l))、(x(2)，y(2))、· · .、(x (N), y (N))之間的距離，也可以是與各光源中心子塊的其他特徵點之間的距離)，公式如下Δ (χ-χ (I)，y-y (I)) = sqrt ((y~y (I))2+ (x~x (I))2)Δ (χ-χ ⑵，y-y ⑵)=sqrt ((y-y ⑵)2+ (χ-χ (2))2) (5)......Δ (χ-χ (η)，y-y (η)) = sqrt ((y-y (η))2+ (χ-χ (η))2)然後，可以按照如下公式計算圖像中各像素點的白平衡增益值
權利要求
1.一種多光源下的白平衡處理方法，其特徵在於，包括 將待處理圖像劃分成多個子塊； 獲取各子塊對應的色溫值； 根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊； 獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值； 根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值； 根據每個像素點各自的白平衡增益值對所述待處理圖像進行白平衡調節。
2.如權利要求I所述的白平衡處理方法，其特徵在於，所述獲取各子塊對應的色溫值，包括 確定各子塊中的灰色像素點； 分別獲取每個子塊中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值； 根據所述R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值，確定各子塊對應的色溫值。
3.如權利要求2所述的白平衡處理方法，其特徵在於，按照如下公式計算各子塊對應的色溫值Temp(k) = abs(PART_SUM_R(k)-PART_SUM_G(k))/ abs (PART_SUM_B(k)_PART_SUM_G(k)) 其中，Temp (k為第k子塊對應的色溫值，PART_SUM_R(k)為第k子塊中所有灰色像素點的R分量累加值，PART_SUM_G(k)為第k子塊中所有灰色像素點的G分量累加值，PART_SUM_B(k)為第k子塊中所有灰色像素點的B分量累加值，k=l, 2，. . .，K，K為子塊總數。
4.如權利要求I所述的白平衡處理方法，其特徵在於，所述根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊，包括 對於每個子塊，將該子塊與相鄰的各子塊構造為一子塊集合； 判斷該子塊對應的色溫值是否為所述子塊集合中各子塊對應的色溫值中的最大值或最小值，若是，則確定該子塊為光源中心子塊。
5.如權利要求I所述的白平衡處理方法，其特徵在於，所述根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值，包括 對於圖像中每個像素點，根據圖像水平和垂直坐標值計算該像素點與各光源中心子塊之間的距離； 根據該像素點與各光源中心子塊之間的距離，對所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值進行擬合，得到該像素點的白平衡增益值。
6.如權利要求5所述的白平衡處理方法，其特徵在於，按照如下公式計算圖像中各像素點的白平衡增益值
7.一種多光源下的白平衡處理裝置，其特徵在於，包括 子塊劃分模塊，用於將待處理圖像劃分成多個子塊； 色溫值獲取模塊，用於獲取各子塊對應的色溫值； 光源中心確定模塊，用於根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊； 第一增益獲取模塊，用於獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值； 第二增益獲取模塊，用於根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值； 白平衡調節模塊，用於根據每個像素點各自的白平衡增益值對所述待處理圖像進行白平衡調節。
8.如權利要求7所述的白平衡處理裝置，其特徵在於，所述色溫值獲取模塊具體用於 確定各子塊中的灰色像素點； 分別獲取每個子塊中所有灰色像素點的R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值； 根據所述R分量累加值、G分量累加值和B分量累加值，確定各子塊對應的色溫值。
9.如權利要求8所述的白平衡處理裝置，其特徵在於，所述色溫值獲取模塊進一步用於，按照如下公式計算各子塊對應的色溫值Temp(k) = abs(PART_SUM_R(k)_PART_SUM_G(k))/ abs (PART_SUM_B(k)_PART_SUM_G(k)) 其中，Temp (k為第k子塊對應的色溫值，PART_SUM_R(k)為第k子塊對應的R分量累加值，PART_SUM_G(k)為第k子塊對應的G分量累加值，PART_SUM_B (k)為第k子塊對應的B分量累加值，k=l, 2，…，K，K為子塊總數。
10.如權利要求7所述的白平衡處理裝置，其特徵在於，所述光源中心確定模塊具體用於 對於每個子塊，將該子塊與相鄰的各子塊構造為一子塊集合； 判斷該子塊對應的色溫值是否為所述子塊集合中各子塊對應的色溫值中的最大值或最小值，若是，則確定該子塊為光源中心子塊。
11.如權利要求6所述的白平衡處理裝置，其特徵在於，所述第二增益獲取模塊具體用於 對於圖像中每個像素點，根據圖像水平和垂直坐標值計算該像素點與各光源中心子塊之間的距離； 根據該像素點與各光源中心子塊之間的距離，對所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值進行擬合，得到該像素點的白平衡增益值。
12.如權利要求11所述的白平衡處理裝置，所述第二增益獲取模塊進一步用於，按照如下公式計算圖像中各像素點的白平衡增益值
全文摘要
本發明提供一種多光源下的白平衡處理方法和裝置，屬於圖像處理領域。所述白平衡處理方法包括將待處理圖像劃分成多個子塊；獲取各子塊對應的色溫值；根據各子塊對應的色溫值確定多個光源中心子塊；獲取所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值；根據所述待處理圖像的全局白平衡增益值以及各光源中心子塊的白平衡增益值，確定每個像素點各自的白平衡增益值；根據每個像素點各自的白平衡增益值對所述待處理圖像進行白平衡調節。本發明能夠對不同色溫區域實現準確的白平衡調節。
文檔編號H04N9/73GK102892010SQ20121040420
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者朱旭東 申請人:浙江宇視科技有限公司