自動白平衡的方法及裝置的製作方法

2023-05-29 18:03:31

專利名稱：：自動白平衡的方法及裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種圖像獲取系統中的自動白平衡(automaticwhitebalance)機構，該系統使用自動白平衡算法來決定圖像的發光源並調整每一彩色信道(colorchannel)的增益，以獲得等效的紅(R)、綠(G)、藍(B)的數值。當RGB值等效並達到白平衡時，圖像中的白色物體即使在不同發光源情況下也是表現出白色。
背景技術：
：人的視覺系統適合於通過確保白色物體呈現白色來變換發光源。當白色物體從藍光成分較多的日光移至紅光成分較多的白熾光時，人的視覺系統會作出調整，來平衡紅、綠、藍光的成分，以確保白色物體不論是在日光中還是在白熾光中都呈現白色。平衡紅、綠、藍三色光成分的技術稱之為白平衡。因此，人的視覺系統自動白平衡圖像，以保持圖像中白色物體在不同類型照200910161257.4說明書第2/12頁明源中移動皆呈現真實白色。圖像獲取系統使用自動白平衡算法來模擬人的視覺系統，從而在不同類型照明源中再現圖像中白色物體的真實白色。RGB色彩成分的強度在不同光照條件下有較大的變化，在日光中的藍光成分遠比內部冷白色螢光(CWF，coolwhitefluorescent)中的藍光成分要多。表l提供了不同類型照明源的色溫(colortemperature)指數。色溫較高的如日光，其具有較多的藍光成分，而色溫較低的如白熾光，則其紅光成分較多。表l色溫指數tableseeoriginaldocumentpage0現有技術中，一種自動白平衡的方法是假定整個圖像需要白平衡。這種假定導致在計算RGB平均值時過多地包含了圖像中所有像素的RGB值。該RGB平均值用於調整在獲取圖像中的色彩增益。換句話說，應用於每一彩色信道的色彩增益數量是基於使紅、綠、藍色彩成分等於RGB平均值之上。當所有像素的RGB值都被包含用來計算RGB平均值時，那麼也包括了高飽和度色彩的不必要的影響。當高飽和度色彩的物體進入或離開某一景象時，它的影響會使RGB平均值偏斜。高飽和度色彩在RGB平均值計算中的作用可最終導致物體色彩失真。例如，當紅色物體進入到紅色背景的景象時，圖像會有個佔支配地位的紅色值，該紅色會嚴重地影響該圖像的RGB平均值，而且該紅色在RGB平均值中的貢獻如此之大，以致增益調整上的偏差可導致物體色彩失真。現有技術所公開的另一自動白平衡方法是將全部類型照明源的色空間(colorspacediagram)定義為單一的白色區域，以試圖防止高飽和度色彩的影響。這種方法用色空間來識別圖像中的白色像素，而用色空間中的白色區域作為檢測圖像中白色像素的模板。如果某一像素具有落入白色區域的值，那麼它就被確定為白色像素，而且它的RGB值會用來計算色彩增益調整的RGB平均值。採用具有單一白色區域的色空間的缺點是有可能在RGB平均值的計算中錯誤地包括了非白色像素。在某些情況下，高飽和度色彩的像素具有類似於白色像素的屬性，且可落入色空間的白色區域中。這些非白色像素對RGB平均值的計算會產生相反的作用。例如，在日光中，高飽和度藍色像素具有類似於白色像素的特性，當圖像包含有高飽和度藍色像素時，它們會被錯認為是白色像素，且它們的RGB值會被包括在RGB平均值的計算中，這樣，高飽和度藍色像素所帶來的影響會導致錯誤的RGB平均值，而該RGB平均值是用來決定增益調整的。此外，上述的方法也不可用來確定圖像的發光源，因為所有類型照明源的單一白色區域不具備足夠的信息，來支持進一步地分析，以獲得等同的發光源。因此，有必要提供一種可消除高飽和度色彩影響的、並對發光源變換具有快速響應能力的自動白平衡機構。
發明內容本發明的目的在於提供一種可消除高飽和度色彩(strongcolor)影響的具有對發光源變換快速響應能力的自動白平衡機構。一方面，本發明提供了一種自動白平衡方法，其包括以下步驟(a)通過識別具有最多像素的色空間中預定義白色區域來確定發光源；(b)計算該像素的R平均值、G平均值和B平均值；(c)在上述R平均值、G平均值和B平均值基礎上確定增益調整。其中，計算R、G、B平均值的像素可以為白色像素。本發明方法可進一步包括計算像素的G/R比值和G/B比值的步驟，並在色空間中繪製該像素的G/R比值對G/B比值圖，以確定該色空間中具有最高數量該像素的預定義白色區域，其可表示獲取圖像的發光源。上述R平均值、G平均值和B平均值是通過對選定像素的R、G、B值進行累計而求得，並可根據R、G、B平均值來調整增益值，以達到白平衡。另一方面，本發明也提供了一種自動白平衡裝置，其包括(a)用於確定像素的色空間中預定義白色區域的區域選擇模塊；(b)存儲上述像素的R、G、B值以便進行平均的累計模塊；以及(c)確定增益調整的增益值選定模塊。其中，區域選擇模塊計算所述像素的G/R比值和G/B比值；增益值選定模塊為彩色信道的增益調整而計算像素的R平均值、G平均值和B平均值。另外，區域選擇模塊還預定義白色區域進行分析，以識別出具有最高數量像素的、可表示發光源的預定義白色區域。下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的說明。圖1是本發明自動白平衡方法及其裝置的圖像獲取系統的示意圖。圖2是帶有自動白平衡的色彩處理系統的示意圖。圖3是具有不同預定義白色區域的色空間的圖解，該色空間包括針對日光、冷白色螢光和A/U30光不同類型照明源而預定義的白色區域。圖4是本發明用於定義色空間中白色區域的比色圖表。圖5是本發明用於預定義色空間中白色區域的方法的流程圖。具體實施例方式在下面的說明中，通過對本發明具體實施方式的描述，來了解本發明的諸多具體細節。但所屬領域的熟練技術人員可以認識到，在沒有這些具體細節中的一個或多個的情況下仍能實施本發明，或者採用其它方法、元件等的情況下也能實施本發明。另外，為了清楚地描述本發明的各種實施方案，因而對眾所周知的結構、材料或操作沒有示出或進行詳細地描述。在本發明的說明書中，提及"一實施方案"或"某一實施方案"時是指該實施方案所述的特定特徵、結構或者特性至少包含在本發明的一個實施方案中。因而，在說明書各處所出現的"在一實施方案中"或"在某一實施方案中"並不一定指的是全部屬於同一個實施方案；而且，特定的特徵、結構或者特性可能以合適的方式結合到一個或多個的具體實施方案中。在自動白平衡(AWB)方法中，分析獲取的圖像，以確定它的發光源，然後導出達到白平衡所必需的增益調整量。該AWB機構檢驗圖像的像素，以獲得圖像發光源的信息。它也確定圖像白平衡所需的增益調整，而圖像中的白色像素則包含用於確定白平衡設置的信息。該AWB4幾構採用一色空間，該色空間包含有兩個或更多個就不同發光源而預定義的白色區域。預定義的白色區域表現出色空間中被發光源的白色像素所佔領空間的特徵，換言之，該預定義白色區域是色空間中特定發光源中所有白色像素都可被找到的一個區域。因此，定位白色像素的該預定義白色區域可揭示與該像素相關的發光源。具有對應於不同發光源、分離的預定義白色區域的色空間，可作為確定白色像素的發光源的模板。該AWB機構也依靠該色空間來選擇圖像的白色像素。白色像素的RGB值被用來決定是否需要對紅、綠、藍信道的增益進行調整，從而使圖像白達到平衡。AWB計算像素的綠/紅(G/R)比值和綠/藍(G/B)比值。AWB將G/R和G/B比值繪製在色空間上，該比值會在該色空間上提供一個點。如果該像素是白色像素，由G/R和G/B比值所建立的該點就會落在該預定義白色區域之一中。這種分析可以識別該像素是否白色像素，並可以識別與該白色像素相關的預定義白色區域，而這又會提供發光源方面的信息。AWB系統通過在運算表或矩陣中存儲預定義白色區域中的每一點的G/R和G/B比值，可以進行這種分析。當AWB識別圖像的白色像素時，該像素的RGB值會被儲存起來，直至所有像素都被分析完。在所有RGB值被收集後，該AWB機構計算所有白色像素的RGB平均值。為提高效率，會選擇一組白色像素(如全部第三或第四白色像素)用來計算平均值。計算白色像素的R平均值、G平均值和B平均值，然後，AWB機構比較R平均值與G平均值、比較B平均值與G平均值，以決定達成白平衡時R信道的R增益調整、G信道的G增益調整，以及B信道的B增益調整。AWB系統的圖像傳感器持續順序地獲取圖像，AWB在每一獲取的圖像上執行白平衡。為當前獲取的圖像計算出白平衡設置，然後應用在後一獲取的圖像中。該方法持續地對每一輸入圖像進行白平衡，以確定發光源是否有變化，以及是否需要增益調整。圖1是本發明中的圖像獲取裝置示意圖。色彩處理模塊102順次接收輸入像素，使得圖像的多行軌跡可在同一時間存取。輸入的像素被利用做隨後的圖像顯示。色彩處理模塊102同樣執行自動白平衡。自動白平衡模塊104評估輸入的像素，以確定為達到白平衡每一色彩信道所需的增益調整數量。在不同的發光源下，每一RGB色彩的強度顯著不同。當發光源是日光(也就是圖像是在日光中獲取)，該圖像會具有更大的藍光成分影響。類似地，當發光源是白熾光時，圖像中的紅光影響就會更大，與在日光下獲取的同一圖像相反。自動白平衡是通過確定紅、綠、藍信道的增益調整(如果需要的話)來完成，以確保圖像的白色標的在不同類型照明源中呈現白色。當RGB值相等時就獲得了白平衡。增益模塊106為白平衡調整紅色信道中的紅色值(如果需要的話)。類似地，增益模塊108調整綠彩色信道中的綠色值(如果需要的話)，增益模塊IIO調整藍彩色信道中的藍色值(如果需要的話)。存儲顯示器112保存圖像，直至用戶要觀看或實時顯示圖像。例如，實時模式的照相機系統不可以存儲整個圖像，但可以串行將圖像的像素傳輸到計算機或其它顯示系統中。圖2是為一彩色信道進行自動白平衡的色彩處理系統的一實施方案示意圖。若白平衡需要，增益模塊202為該彩色信道提供相關的增益調整。伽馬204控制總亮度以及圖像精確的色彩再現。如果圖像沒有校正伽馬，它會顯得偏白或偏暗。伽馬校正的總量影響到圖像的明亮度和紅綠藍三色的比值。伽馬204補償像素值的非線性關係以及圖像顯示前顯示系統的亮度。色彩處理模組一行一行順次接收輸入像素。一行像素輸入順序是藍、綠.......，下一行像素輸入順序是綠、紅、綠、紅……。像素總數量包含有藍、綠行和綠、紅行交替於整個圖像，其中綠色佔50%，紅色25%,藍色25%。色彩插值206確定每一像素的這兩個色彩缺損值。插值算法有幾種，如最近鄰插值算法、線性插值算法、立方插值算法和立方樣條插值算法。該色彩插值206的輸出值是數據行RGB、RGB、RGB.......。伽馬較正和模擬增益是用於顯示系統。因此，如果輸入到AWB的數據已經修正伽馬和調整增益，那麼它們必然是反轉的。伽馬函數和模擬增益會影響白色區域的位置及其輪廓。該白點定位是在標準增益設定和非伽馬傳遞函數下校準。去伽馬208用來取消伽馬較正的影響，去增益210用來消除應用於R、G、B信道的模擬增益的影響。區域選擇模塊212計算像素的綠/紅比值(G/R)和綠/藍比值(G/B)。每一像素的G/R和G/B構成一個繪製在色空間上的點，如果這個點落在色空間上的預定義白色區域之一內，則該像素是白色像素。例如，一個落在日光預定義白色區域的白色像素會具有在日光預定義白色區域中所必需的G/R和G/B值。R-100、G-105、B-112的像素計算出的結果是G/R-(105/100"128-134.5,G/B=(105/112)*128=120,這些比值構成一個落入CWF的預定義白色區域內的點。因此，這些比值顯示了該像素是一個白色像素。相反，如果R-225，G=10,B=10，那麼G/R=(10/255)*128=5,G/B=(10/255)*128=5，其構成一個落在任何預定義白色區域外的點，該像素則不可能是白色像素。如果這些RGB值被用於計算白平衡設置，會使其它像素的真實色彩偏移失真而導致它們偏藍或偏綠。當區域選擇模塊212完成圖像所有像素的分析，接著它通過計算在每一預定義白色區域中的白色像素點的數量來確定圖像的發光源。具有最多白色像素點的預定義白色li域表現出圖像的發光源。例如，如果日光預定義白色區域比起冷白色螢光和A/U30光的白色區域包含有更多的白色像素點，那麼獲取的圖像的發光源是日光。如果冷白色螢光白色區域具有的白色像素點最多，那麼冷白色螢光就是發光源。同樣地，如果A/U30光具有的白色像素點最多，那麼發光源就是白熾光/普通辦公照明。平均值累計模塊214儲存所有白色像素RGB值，直至區域選擇模塊212分析完圖像的所有像素。增益值選定模塊216計算一個、一些或全部發光源的白色像素的紅色平均值、綠色平均值和藍色平均值。該增益值選定模塊216用該紅色、綠色和藍色平均值來確定白平衡是否需要進行色彩增益調整。本發明另一實施方案中，該色彩處理系統提供AWB控制迴路外的伽馬和增益功能。例如，伽馬可在Y信道執行，或者增益可在色彩插值後應用。如果伽馬和增益函數定位於不同信號通道，系統中就不需要去伽馬和去增益功能。圖3是具有日光302、冷白色螢光304和A/U30光306的預定義白色區域的色空間的圖解。儘管圖3所示是三個預定義白色區i或的色空間，但本發明中的色空間也可以具有兩個或更多個預定義白色區域。此外，圖3顯示出A型發光源(白熾光)和U30光(普通辦公照明)組合的預定義白色區域。色空間可具有A型發光源和U30光各自分離的預定義白色區域，這樣每一發光源類型都有其特有的預定義白色區域。圖4包含24個不同色塊的彩色圖表(colorchart)。彩色圖表是用於在色空間中為不同發光源預定義白色區域的。彩色圖表並不局限於24個色塊，而可以包含為定義白色區域所必需的任何數量的色塊，只要每一色塊包含一種已知色，其中6個色塊分別是白色塊、灰色塊l、灰色塊2、灰色塊3、灰色塊4和黑色，灰色1至灰色4不同的灰度。圖5是本發明用於預定義色空間中白色區域的方法500的流程圖。在色空間中對目標發光源類型定義白色區域需要分析該發光源類型下的彩色圖表。例如，定義日光的白色區域包括分析日光下的彩色圖表。定義色空間中白色區域從步驟502開始，計算在目標發光源(如日光、冷白色螢光、白熾光、U30光等等)下的色塊的G/R比值和G/B比值。接著，步驟504將該色塊的G/R比值和G/B比值繪製在色空間上。然後，對彩色圖表中所有色塊重複步驟502和步驟504。步驟508確定色空間中由白色塊、灰色塊l、灰色塊2、灰色塊3和灰色塊4色塊的G/R比值和G/B比值所定義的區域，該區域是目標發光源的預定義白色區域。對色空間所需每一發光源重複步驟502至步驟508。該方法的優點是這個技術可以消除高飽和度色彩的任何影響。另外，該技術可快速檢測圖像中發光源的變化，並通過移至適合該發光源的色彩增益設置來快速響應該變化。然而當處於發光源不變的普通環境下，在選定白色區域中基於白色像素平均值的色彩增益調整測定的執行就沒有那麼快。該自動技術支持既對發光源的變化快速響應同時也提供普通操作條件下的穩定性。以上說明描述的僅是本發明最佳實施方案，任何所屬領域一般技術人員根據本發明所做的非實質性修改加工皆落入本發明權利要求範圍內。權利要求1、一種為自動白平衡在色空間預定義白色區域的方法，其包括(a)計算白色塊的G/R比值和G/B比值；(b)對每一類型發光源重複步驟(a)；以及(c)根據白色塊的G/R比值和G/B比值，確定每一類型發光源的白色區域。2、如權利要求l所述的方法，其進一步包括多個不同顏色的色塊。3、如權利要求2所述的方法，其中，所述的多個色塊包括多個不同灰度的灰色塊。4、如權利要求3所述的方法，其中，對每一所述的灰色塊重複步驟(a)和步驟(b)。5、如權利要求4所述的方法，其中，所述的白色區域是由所述白色塊和所述灰色塊的所述G/R比值和所述G/B比值所定義的。6、一種為自動白平衡在色空間中預定義白色區域的方法，其包括(a)在目標發光源下採用包括白色塊、灰色塊l、灰色塊2、灰色塊3、灰色塊4和黑色塊的多個色塊的彩色圖表；(b)計算每一所述色塊的G/R比值和G/B比值；(c)在所述色空間上繪製每一所述色塊的G/R比值對G/B比值圖；(d)根據所述白色塊、灰色塊l、灰色塊2、灰色塊3和灰色塊4的G/R比值和G/B比值，在所述色空間上對所述目標發光源定義所述白色區域；以及(e)對每一目標發光源重複步驟(a)到步驟(c)。全文摘要本發明公開了一種圖像獲取系統的自動白平衡方法，該自動白平衡機構通過分析色空間中預定義白色區域的白色像素的數量，來確定圖像的發光源。該自動白平衡機構也在計算RGB值的基礎上確定增益調整，以達到白平衡。文檔編號H04N9/73GK101621705SQ20091016125公開日2010年1月6日申請日期2005年3月28日優先權日2004年3月30日發明者戈施申請人:豪威科技有限公司