自动白平衡检测系统技术方案

本发明专利技术涉及自动白平衡检测系统，采用了独特的构成。利用摄像头自身的特性与黑体曲线特性相结合，用找出白/灰色点‑‑‑无彩色区域取代现有区域和权重等算法。通过对光源特性采用采用暖色光源和冷色光源的两个区域，采用可变图像分区技术变化计算R/G和B/G的信息作为判定元素，参考点的区域采用非封闭可调节方式，确定以可变的最大和最小近似曲线的方式。依据检测色温范围/检测色温精度对各个区域进行色温计算，排除色温区域中的有色区域和排除亮度中的有色区域，对排除有色区域后的白色/灰色区域个数最终判断，对判定白色/灰色无彩色区域进行计算R，B增益和色温。本发明专利技术较好解决了光源频谱特性和图像传感器的摄像头模块中的图像传感器的特性，IRCF特性和镜头的特性的影响，提高了白平衡的准确率。

【技术实现步骤摘要】
自动白平衡检测系统
本专利技术涉及一种自动白平衡检测系统。
技术介绍
白平衡(Whitebalance)在当前的数码影像世界中，特别是在摄影和图像领域中，是非常重要的因素，对图像色彩的再现性影响很大。白平衡的本质，是因为人脑的“Memorycolor”-C.J.Bartleson(1960)记忆色。即在任何照明环境下，或者说无论照明光怎么变化，需要把眼睛看到“白色”补正到人的记忆色中的白色。眼睛看到“白色”---实际上是白色物体对光源的反射，而数字相机/摄像机的图像传感器把白色物体反射的光线变成图像。在没有进行白平衡处理图像是真实的物理量的反映，且因光源的变化而变化，但这种变化与人的记忆色中白色不变而矛盾。有关解决这种矛盾的白平衡的算法近年来提出很多，主要的大致可以归类为以下几种方式：如图1所示的B/G和R/G坐标中的黑体曲线近似区域方法。(R：红色，G：绿色，B：蓝色)如飞利浦公司(CN200580044593)，株式会社尼康(CN200810095706)和CoreLogic，Inc.(JPA2012518361)等为主要代表。飞利浦公司限定预定颜色空间且黑体辐射曲线，图中1-1，是已知的，通过左，右模拟近似黑体曲线的，图中1-2，计算白平衡；尼康公司在黑体辐射曲线上或近旁，图中1，划分几个区域，如图1中的1-3，计算白平衡；CoreLogic公司，则是划分了更多的光源区域，如图1中的1-4，而每个区域经过镜头暗角(Shading)补正参考点选取，计算白平衡。图2RGB值进行色彩空间转换色差区域方式。如展讯通信有限公司(CN200610117166)，株式会社东芝(CN200710185785，CN201210320233)，华中科技大学(CN201410197703)，三星电机株式会社(CN200810146275)，高通股份有限公司(CN200780039526)等为主要代表。展讯公司通过将RGB转换成YCbCr，平均色差是否落入预定义光源下范围内，依据距离加权重，图中2-4，进行计算；东芝公司通过将RGB转换成YUV，计算判定门(区域)，图中2-3，判定白色，判定门限对根据白平衡增益确定的每个光源划定作为白平衡调整的对象的色温度范围；华中科技大学转换成uv，采用一定亮度以上的拟合uv曲线，图中2-1，进行计算；三星公司通过将RGB转换成Lab，考虑到亮度L和ab区间关系，对亮度分段计算；高通公司通过将RGB转换成YCbCr，统计四边形区域的Cr/Cb，图中2-2，进行计算。需要说明的，把RGB进行色彩空间转换成YUV/YCrCb/Lab，基本相似。图3常用灯箱SpectraLightIII(后续说明)的光源的18％灰卡的UV和ab坐标位置图，图3左边3-1为YUV，右边3-2为Lab。如图所示，UV和ab基本相似。各种文献中，只有三星公司考虑到亮度即Lab中的L，并对亮度进行分段计算。而其它文献则基本排除亮度的影响，如华中科技大学采用一定亮度以上的拟合uv曲线，以及CoreLogic公司建议镜头暗角补正后的参考点选择，有关亮度的影响将在后续进行说明。另外，以上2种方式之外的其它方式，如Grayworld/颜色恒常性等的优缺点，在上述文献中都有记载在此不再罗列。总之白平衡的算法可以归结为：模拟黑体放射曲线，选取参考光源白点，设定曲线和参考点区域，进行近似/权重判断，在这些步骤中都存在不足之处。首先，黑体曲线误差影响因素---频谱变化的影响。如图4所示，黑体放射在可视光谱范围附近的色温代表曲线。4-1为色温2500K，4-2为色温3500K，4-3为色温5500K，4-4为色温7500K的曲线。可以看出黑体放射曲线频谱连续变化，色温低的在光线波长长的区域要高于波长短的区域，色温高的则反之，光线波长短的区域要高于波长长的区域。而常用光源的频谱则有着峰值变化。如图5所示，常用灯箱SpectraLightIII的光源频谱。图中5-1为H光源(2300K)，5-2为A光源(2856K)，5-3为CWF光源(4150K)，5-4为TL84光源(4100K)，5-5为D65光源(6504K)。各光源具体名称和色温值在CIE1931或1964(国际照明委员会)都有规定，这里不再详细叙说。从照明光源与黑体放射频谱曲线比较，低色温的A和H光源黑体放射曲线一致，中间色温的CWF和TL84光源有很大的峰值变化，高色温D65光源也有峰值变化但总体上与黑体较为近似。另外，国际照明委员会CIE虽然对照明的各种光源的相对光谱功率分布有标准频谱/色温等的提示，实际上光源生产厂家依据标准生产时，模拟光谱所添加物质的差别会产生差异，导致最终用户测定和使用时，会产生色温等差异。而此差异的影响，会导致调好白平衡产品，在其他类似场景发生偏移。其次，数字相机/摄像机的图像传感器(CCD---Charge-coupledDevice或CMOS---ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)对黑体曲线的影响。准确的来说，装有图像传感器的摄像头模块的影响。摄像头模块的影响主要可分为：图像传感器特性的影响，IRCF(InfraredRayCutFilter)红外截止滤波片特性的影响和镜头特性的影响。如图6所示，图像传感器中RGB的相对光谱感度图。图中6-1为蓝色，图中6-2为绿色(注：Gr和Gb的平均值)，图中6-3为红色，图中的波形为RGB频谱各个波长的感度值与绿色中最大感度值的比，绿色光谱中最大感度值的比定义为1。图像传感器的RGB感光特性，因厂家和型号的不同而不同。如图中6-2绿色，主要表现在绿色的峰值6-4和波宽6-5不同。蓝色6-1和红色6-2与所示绿色6-2波形一样，频谱上的峰值和波宽也会不同。因此会导致摄像头模块，即使其它组成部件和光源环境都相同情况下，也会产生不同的图像---即白平衡的增益值不同。IRCF特性的影响主要表现在IRCF的滤波曲线。如图7所示，各种常用IRCF在可见光谱范围中的滤波特性分布。IRCF滤波特性图7如与光源图5重合可以看出，在波长长的领域可是光靠近红外领域的IRCF滤波效果较大。不同的IRCF，在组成部件和光源环境都相同情况下，也会产生不同的图像。镜头特性的影响主要表现在镜头的透过率曲线和镜头(Shading)暗角影响。如图8所示，镜头在可见光谱范围中的透过特性分布。与IRCF一样，不同的镜头具有不同的透过曲线和镜头(Shading)暗角，不同的镜头，在组成部件和光源环境都相同情况下，也会产生有差异的图像。图9是两个摄像头在相同光源环境D65下，拍摄的24块色卡(Macbeth)的R/G和B/G的分布图实例。横轴为R/G，竖轴为B/G。光源参考点D75，D65，D55，TL84，图中9-3，以及光源参考点CWF，A，H，图中9-4，左右相同，采用左边的摄像头的数据。两个摄像头具有相同图像传感器和镜头，但采用不同的IRCF。图中左边的9-1摄像头的grayworld点与图中右边的9-2摄像头的grayworld的点相比较可以看出，左边的9-1摄像头的grayworld点，与参考点D65光源相同，而有右边9-2摄像头的grayworld的点高于左边D75参考点，两本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种自动白平衡检测系统，用以提高图像的白平衡的精确性和判定效果。

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种自动白平衡检测系统，用以提高图像的白平衡的精确性和判定效果。2.据权利要求1所述的自动白平衡检测系统，在R/G，B/G坐标中，采用暖色光源区域和冷色光源区域两个，取代近似单一黑体发射曲线。依据图像传感器的摄像头模块特性，可以采用更多的光源区域分区两个以上部分。3.据权利要求1所述的自动白平衡检测系统，在R/G，B/G坐标中，光源参考点采用非封闭方式。坐标R/G方向采取最大和最小区域。在纵坐标B/G方向上，采取开放方式，不限制B/G的上下阈值。本发明不限上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：成武华，
申请(专利权)人：成武华，
类型：发明
国别省市：上海,31