自动白平衡校正系统以及校正方法技术方案

本发明专利技术提供了一种自动白平衡校正系统，包括直方图统计模块、模式计算模块、直方图调整模块、数据处理模块、读写控制模块。直方图统计模块统计输入图像的RGB通道直方图，并分别存入读写控制模块的三个存储单元中；模式计算模块根据通道直方图计算出工作模式：直方图匹配、直方图平移；直方图调整模块根据计算工作模式计算出相应的调整系数；数据处理模块根据工作模式对图像做最终变换得到新的图像。同时提供了一种自动白平衡校正方法。本发明专利技术采用基于直方图的自动白平衡互补算法，并采用累加匹配并行的方式完成直方图匹配过程，通过消耗相对较少的硬件资源就可得到较大的适用范围。

Automatic White Balance Correction System and Correction Method

【技术实现步骤摘要】
自动白平衡校正系统以及校正方法
本专利技术涉及数字图像处理
，具体地，涉及一种适用范围广且硬件资源消耗相对较低的自动白平衡校正系统以及校正方法。
技术介绍
图像传感器是模仿人类的视觉成像的，但传感器并不具有人类视觉的一些特征，颜色恒常性就是其中之一。颜色恒常性是指人的视觉映像在一定范围内不随视觉条件改变，保持相对稳定的特性，它对人类的生存和发展具有重要的意义。由于客观事物具有稳定性，人类认识世界也必须要有相应的稳定性。一个特定的物体，由于光照的变化，反射的光谱也会有所不同，人的视觉系统能够识别出这种变化，并能够判断出该变化是由于光照条件的变化导致的。所以当光照在一定范围内变化时，人类视觉系统认为该物体的表面颜色是恒定不变的。因此人类在不同的光源下仍然可以得到物体在白色光源下的颜色，而图像传感器本身并不具有这种特性，导致图像传感器在钨丝灯下拍摄的物体会偏红，而在晴天下拍摄的物体会偏蓝。即低色温下会产生红色色偏，高色温下会产生蓝色色偏，自动白平衡算法就是用来校正色偏的。现有的白平衡算法主要分为三大类：基于假设的白平衡算法、基于先验知识的白平衡算法和基于直方图的自动白平衡算法。基于假设的白平衡算法依托于一定的假设基础，例如灰色世界法、完美反射法，算法简单但当假设不成立时算法失效；基于先验知识的自动白平衡算法依托于大量的样本数据获得参数值，例如色域映射算法、颜色相关性算法、神经网络算法，算法校正准确度高、适用范围广，但算法复杂；基于直方图的自动白平衡算法通过调整图像的直方图校正色偏，例如基于直方图拉伸、直方图匹配的自动白平衡算法，此类算法不依托于假设、算法简单、校正效果好但适用范围较窄。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种自动白平衡校正喜用以及校正方法，采用基于直方图匹配的自动白平衡校正算法来得到最好的校正效果，同时通过采用直方图平移作为补充算法来提高算法的使用范围，而在直方图匹配的VLSI实现过程中采用累加匹配的方式减少运算次数，节省硬件资源。为达到上述目的，本专利技术采用的技术解决方案如下。根据本专利技术的一个方面，提供了一种自动白平衡校正方法，包括如下步骤：S1，分别收集当前图像RGB各通道的直方图信息，得到RGB通道直方图的分布；S2，根据RGB通道直方图的分布判断图像适宜采用的直方图校正模式：若RB通道直方图[sat_th,255]内的高饱和像素数量均小于G通道直方图[bri_th,255]内的高明度像素数量，则图像适宜采用直方图匹配模式进行校正；否则，图像适宜采用直方图平移模式进行校正；其中，sat_th为高饱和像素的下界限，bri_th为高明度像素的下界限；S3，对直方图进行调整：-若图像适宜采用直方图匹配模式进行校正，则分别计算R通道与G通道、B通道与G通道的匹配值，完成对R通道和B通道的直方图调整，包括如下子步骤：首先计算RGB通道各像素点的像素累积值：其中，HR[i]、HG[i]、HB[i]分别为RGB通道直方图i像素值的数量，SR、SG、SB分别为像素值为r、g、b时的像素累积值；考虑直方图累积值是单调递增的，所以采用累积值匹配值并行计算的方式以省去存储RGB计累计直方图的硬件资源是可行的；改进后的直方图匹配过程将运算次数由平方项降低为线性次数；设需要进行匹配操作的通道为X，匹配的像素为X通道的i像素，匹配的目标通道为Y通道，匹配成功的标志如下所示：式中，accxi为X通道第i像素值的累积值，accyj为Y通道第j像素值的累积值；该式表明X通道i像素值处的累积值与Y通道j-1处累积值差值最小，X通道i像素值匹配到Y通道j-1像素值上；当X通道i像素与Y通道j-1像素匹配成功后，X通道i+1像素只需判断是否与Y通道大于等于j-1的像素能够匹配成功。-若图像适宜采用直方图平移模式进行校正，则计算保证RGB通道直方图重叠面积最大时RB通道的直方图平移系数，并根据平移系数对RB直方图进行调整，包括如下子步骤：RB通道直方图的平移范围为[-th+1,th]，平移步长为step；RB通道直方图平移需遍历整个范围，并不断计算平移后的重叠面积，平移过程结束后，重叠面积最大时对应的系数即为所需值(平移系数)；重叠面积的计算实际为RGB通道每个像素点对应最小值的累加；运算如下：其中，OA为重叠面积，HR(i)、HG(i)、HB(i)分别为RGB通道i像素值的数量；th表示平移系数的最大值；S4，对RGB通道各像素值进行变换：-若采用直方图匹配模式进行校正，则将RB通道原像素值替换为计算出的匹配值；-若采用直方图平移模式进行校正，则在RB通道原像素值的基础上分别调整计算出的平移值。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种自动白平衡校正系统，包括直方图统计模块、模式计算模块、直方图调整模块、数据处理模块和读写控制模块；其中：所述的直方图统计模块统计输入图像的R、G、B通道的直方图，存入所述的读写控制模块的存储单元中，并产生统计结束信号传递给模式计算模块；所述的模式计算模块接收到直方图统计模块的结束信号后根据通道直方图计算出工作模式，所述工作模式包括直方图匹配工作模式和直方图平移工作模式，并将工作模式的模式信号传递给直方图调整模块与数据处理模块，将结束信号传递给直方图调整模块；所述的直方图调整模块在得到模式计算模块模块的结束信号后开始工作，若为直方图匹配工作模式则计算出RG通道匹配值，并传递给读写控制模块写入存储单元；若为直方图平移工作模式则计算出平移系数及平移方向，将平移系数与结束信号传递给数据处理模块；所述的数据处理模块接收到直方图调整模块的结束信号后，根据模式计算模块计算的工作模式对图像做最终变换，若为直方图匹配工作模式则通过读写控制模块读出RB通道的匹配值并输出，若为直方图平移工作模式则根据直方图调整模块计算出的平移方向与平移系数得到新的像素值并输出；所述的读写控制模块包括r、g、b三个存储单元和一个逻辑单元，综合各个模块对存储单元的读取需求产生最终读写信号，避免读写冲突。优选地，所述的直方图统计模块将输入像素的信息作为地址传递给读写控制模块，在读出该地址的当前值后加一后回写同一地址，表示色度为该值的像素数加一；一幅图像输入完毕后得到图像的直方图信息，RGB通道的直方图信息r、g、b分别存入对应的r、g、b存储单元中。优选地，所述的模式计算模块通过将存储单元读写控制信号传递给读写控制单元，通过读写控制单元采用倒序累加的方式分别对RGB通道直方图进行累加，计算出工作模式，即通过读取地址由255递减并分别递减至thrb、thg，并做累加得到RB通道高饱和像素数量和G通道直方图高明度像素数量；其中，thrb表示RB通道像素值定义为饱和像素的下界限，thg表示G通道像素值定义为高明度像素的下界限。。优选地，所述的直方图调整模块包括直方图匹配子模块与直方图平移子模块，并根据工作模式选择相应的子模块进行工作；其中，直方图匹配子模块为两组，一组进行RG通道直方图匹配，另一组进行BG通道直方图匹配，两组直方图匹配子模块依次执行。优选地，所述的直方图匹配子模块的开始信号为直方图匹配工作模式时模式计算模块的结束信号；直方图匹配通过累加匹配的方式进行，以RG通道匹配为例，通过读写控制信号的产生完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动白平衡校正方法，其特征如下：S1：分别收集当前图像RGB各通道的直方图信息，得到RGB通道直方图的分布；S2：根据RGB通道直方图的分布，判断图像适宜采用的直方图校正模式；若RB通道直方图[sat_th,255]内的高饱和像素数量均小于G通道直方图[bri_th,255]内的高明度像素数量，则图像适宜采用直方图匹配模式进行校正；否则图像适宜采用直方图平移模式进行校正；其中，sat_th为高饱和像素的下界限，bri_th为高明度像素的下界限；S3，直方图调整：若图像适宜采用直方图匹配模式，则分别计算R通道与G通道、B通道与G通道的匹配值，完成对R通道和B通道的直方图调整；若图像适宜采用直方图平移模式，则计算保证RGB通道直方图重叠面积最大时RB通道的直方图平移系数，并根据平移系数对RB直方图进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种自动白平衡校正方法，其特征如下：S1：分别收集当前图像RGB各通道的直方图信息，得到RGB通道直方图的分布；S2：根据RGB通道直方图的分布，判断图像适宜采用的直方图校正模式；若RB通道直方图[sat_th,255]内的高饱和像素数量均小于G通道直方图[bri_th,255]内的高明度像素数量，则图像适宜采用直方图匹配模式进行校正；否则图像适宜采用直方图平移模式进行校正；其中，sat_th为高饱和像素的下界限，bri_th为高明度像素的下界限；S3，直方图调整：若图像适宜采用直方图匹配模式，则分别计算R通道与G通道、B通道与G通道的匹配值，完成对R通道和B通道的直方图调整；若图像适宜采用直方图平移模式，则计算保证RGB通道直方图重叠面积最大时RB通道的直方图平移系数，并根据平移系数对RB直方图进行调整。2.根据权利要求1所述的自动白平衡校正方法，其特征在于，所述S3中，计算R通道、B通道与G通道的匹配值，包括如下步骤：计算RGB通道各像素点的像素累积值：其中，HR[i]、HG[i]、HB[i]分别为RGB通道直方图i像素值的数量，SR、SG、SB分别为像素值为r、g、b时的像素累积值；设需要进行匹配操作的通道为X，匹配的像素为X通道的i像素，匹配的目标通道为Y通道，匹配成功的标志如下所示：式中，accxi为X通道第i像素值的累积值，accyj为Y通道第j像素值的累积值；该式表明X通道i像素值处的累积值与Y通道j-1处累积值差值最小，X通道i像素值匹配到Y通道j-1像素值上；当X通道i像素与Y通道j-1像素匹配成功后，X通道i+1像素只需判断是否与Y通道大于等于j-1的像素能够匹配成功。3.根据权利要求1所述的自动白平衡校正方法，其特征在于，所述S3中，计算RB通道的直方图平移系数，包括如下步骤：RB通道直方图的平移范围为[-th+1,th]，其中th表示平移系数的最大值，该值用于统计多组图片得出的经验值；平移步长为step；遍历整个平移范围，并不断计算平移后的重叠面积，平移过程结束后，重叠面积最大时对应的系数即为平移系数；重叠面积的计算为RGB通道每个像素点对应最小值的累加：其中，OA为重叠面积，HR(i)、HG(i)、HB(i)分别为RGB通道i像素值的数量。4.一种自动白平衡校正系统，其特征在于，包括直方图统计模块(10)、模式计算模块(20)、直方图调整模块(30)、数据处理模块(40)和读写控制模块(50)；其中：所述的直方图统计模块(10)统计输入图像的R、G、B通道的直方图，存入所述的读写控制模块(50)的存储单元中，并产生统计结束信号传递给模式计算模块(20)；所述的模式计算模块(20)接收到直方图统计模块(10)的统计结束信号后，通过读取存储单元中R、G、B通道的像素数据，计算出工作模式，所述工作模式包括直方图匹配工作模式和直方图平移工作模式，并将工作模式的模式信号传递给直方图调整模块(30)与数据处理模块(40)，将结束信号传递给直方图调整模块(30)；所述的直方图调整模块(30)在得到模式计算模块模块(20)的结束信号后开始工作，若为直方图匹配工作模式则计算出RB通道匹配值，并传递给读写控制模块(50)写入存储单元；若为直方图平移工作模式则需要计算出平移系数及平移方向，将平移系数与结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏超，贺光辉，何卫锋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31