一种基于FPGA的自动白平衡实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，CMOS图像传感器得到Bayer图像，并对图像进行Bayer插值计算，把插值后得到的彩色图像数据缓存到DDR3中，通过计算提取出偏色校正所需要的最大值和均值，依据最大值和均值计算得出红、蓝通道的增益系数，根据增益系数对DDR3中缓存的彩色数据图像进行偏色矫正，实现白平衡功能，最后对偏色矫正完的图像进行低照度增强。这种基于FPGA的自动白平衡实现方法统计均值时将除法器转换为乘法器，减少了DSP资源消耗；偏色校正子模块中，电路采用并行结构和流水线技术，分两路进行偏色校正，用每路的像素值乘以对应的增益，提高实时性，使用DSP实现乘法操作，节约了硬件资源；亮度增强可以根据不同的增强程度需求决定迭代次数。据不同的增强程度需求决定迭代次数。据不同的增强程度需求决定迭代次数。

An implementation method of automatic white balance based on FPGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的自动白平衡实现方法


[0001]本专利技术涉及白平衡领域，尤其涉及一种基于FPGA的自动白平衡实现方法。

技术介绍

[0002]白平衡是指“不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色”，通过相机板载程序对得到的画面进行自动白平衡处理，对图片中的红色通道和蓝色通道中的像素值进行矫正，加强对应的补色来进行补偿，解决相机在不同光源下得到的画面出现的偏色问题，以达到原本想要的结果。
[0003]目前，对于白平衡的处理主要是通过以下几种方法实现的。
[0004]灰度世界法：灰度世界算法以灰度世界假设为基础，该假设认为：对于一幅有着大量色彩变化的图像，其R，G，B 三个色彩分量的平均值趋于同一灰度值K。 从物理意义上讲，灰色世界法假设自然界景物对于光线的平均反射的均值在总体上是个定值，这个定值近似地为“灰色”。 颜色平衡算法将这一假设强制应用于待处理图像，可以从图像中消除环境光的影响，获得原始场景图像。
[0005]完美反射法：完美反射算法认为，一幅彩色图像中，“镜面
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是可以完全发射光源照射在物体上面的光线，因此，如果图像中存在一个“镜面”的话，那么在特定光源下，可以将所获得的“镜面”的色彩信息认为是当前光源的信息，那么在这个假设下，图像中就一定存在一个纯白色的的像素或者最亮的点，在对图像进行白平衡调整的时候会以该点作为参考来校准图像的像素。
[0006]色温曲线法：基于推测待处理原始图像的相关色温，根据相关色温特性曲线，可以推测出待处理原始图像的相关色温值，进而计算出其相应的矫正参数，即可准确的矫正图像的色彩平衡。
[0007]神经网络法：近年来，随着深度学习和图神经网络快速兴起，白平衡也与神经网络相结合，通过大量的样本进行训练，训练神经网络的权值，得到满意的结果。
[0008]但是，对于上述白平衡的处理方法，其也存在相应的缺陷。灰色世界法：当图像场景颜色并不丰富时，处理主色图像，尤其出现大块单色物体时，该算法常会失效。
[0009]完美世界法：当图像颜色色彩较为丰富，而且图像中最亮的部分并非白点或者图片整体亮度比较偏暗时，图像仍会存在一定的色差，算法抗干扰能力差，容易收到图片中噪声的影响。
[0010]色温曲线法：需要各个不同色温下的图片进行预处理，对色温曲线进行拟合，开销大速度慢。
[0011]神经网络法：神经网络需要大量的图片进行预训练，同时也需要丰富的计算资源，实时性差，不适用于fpga。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，计算
量小、消耗资源低、实时性好、拥有更好的泛用性，可以依据绿色通道中的像素值进行亮度增强，使图片的亮度与原本的图片接近。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：1、一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，包括以下步骤：步骤A.COMS图像传感器获得Bayer图像；步骤B.Bayer插值计算；步骤C.将插值完成的彩色图像数据缓存到DDR3中，同时从插值完成的彩色图像数据中提取出最大值和均值；步骤D.依据提取的最大值和均值计算得出红、蓝通道的增益系数；步骤E.根据增益系数对DDR3中缓存的彩色数据图像进行偏色矫正，实现白平衡功能；步骤F.最后对偏色矫正完的图像进行低照度增强，即图片亮度增强。
[0014]进一步地，所述步骤C中最大值和均值的提取方式为：灰度世界法利用图像的像素均值，适用于处理色彩丰富的图像，完美反射法利用像素最大值，可以更好地处理主色图像，将上述两种情况结合起来，得到新像素值的求解，如公式（1）和公式（2）：（1）（2），其中、、和为自动白平衡中用于校正图像的系数，newＲ、newB 为图片中红蓝像素的新像素值；根据彩色图像中各个通道的像素均值应当相等的原理，令红、蓝两个通道中新的像素均值与绿色通道中的像素均值相等，得到公式（3）和公式（4）：（3）（4），其中meanG、meanB 和 meanＲ 分别为红蓝绿三个通道的像素均值；根据近白点进行像素校正的原理，新的红色通道和蓝色通道中的像素最大值都等于绿色通道中的像素最大值，对应公式（5）～公式（8）：（5）（6）（7）（8）转化为矩阵格式为：。
[0015]进一步地，使用克莱默法则得到公式（9）和公式（10）求得未知系数，和，
；然后将新系数代入公式（1）、（2）求解新的像素值：（9）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（10）。
[0016]进一步地，所述步骤F中亮度增强具体方式为：完成偏色矫正后，将绿色通道进行反色，作为系数值，分别与各个通道相乘，得到新的图层；之后新图层与原图做一次滤色混合，完成亮度增强；滤色混合的公式如公式（11）：F（a，b）=1
‑
（1
‑
a）*（1
‑
b）（11）。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：这种基于FPGA的自动白平衡实现方法统计均值时将除法器转换为乘法器，将求解均值和最大值的平方与绿通道均值、红通道最大值相乘等操作并行处理，减少DSP资源消耗；偏色校正子模块中，电路采用并行结构和流水线技术，分两路进行偏色校正，用每路的像素值乘以对应的增益，提高实时性，使用DSP 实现乘法操作，相应的节约了硬件资源；亮度增强可以根据不同的增强程度需求来决定迭代次数，计算量小、拥有更好的泛用性。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种基于FPGA的自动白平衡实现方法算法流程示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。
[0020]图1所示一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，包括以下步骤：步骤A.COMS图像传感器获得Bayer图像；步骤B.Bayer插值计算；步骤C.将插值完成的彩色图像数据缓存到DDR3中，同时从插值完成的彩色图像数据中提取出最大值和均值；步骤D.依据提取的最大值和均值计算得出红、蓝通道的增益系数；步骤E.根据增益系数对DDR3中缓存的彩色数据图像进行偏色矫正，实现白平衡功能；步骤F.最后对偏色矫正完的图像进行低照度增强，即图片亮度增强。
[0021]所述步骤A中Bayer图像是相机内部的原始图片，Bayer格式图片在一块滤镜上设置的不同的颜色，通过分析人眼对颜色的感知发现，人眼对绿色比较敏感，所以一般Bayer格式的图片绿色格式的像素是是r和g像素的和。
[0022]所述步骤C中最大值和均值的提取方式为：灰度世界法利用图像的像素均值，适用于处理色彩丰富的图像，完美反射法利用像素最大值，可以更好地处理主色图像，将上述两种情况结合起来，得到新像素值的求解，如公式（1）和公式（2）：（1）（2），
其中、、和为自动白平衡中用于校正图像的系数，newＲ、newB 为图片中红蓝像素的新像素值；根据彩色图像中各个通道的像素均值应当相等的原理，令红、蓝两个通道中新的像素均值与绿色通道中的像素均值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，其特征是，包括以下步骤：步骤A.COMS图像传感器获得Bayer图像；步骤B.Bayer插值计算；步骤C.将插值完成的彩色图像数据缓存到DDR3中，同时从插值完成的彩色图像数据中提取出最大值和均值；步骤D.依据提取的最大值和均值计算得出红、蓝通道的增益系数；步骤E.根据增益系数对DDR3中缓存的彩色数据图像进行偏色矫正，实现白平衡功能；步骤F.最后对偏色矫正完的图像进行低照度增强，即图片亮度增强。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的自动白平衡实现方法，其特征是，所述步骤C中最大值和均值的提取方式为：灰度世界法利用图像的像素均值，适用于处理色彩丰富的图像，完美反射法利用像素最大值，可以更好地处理主色图像，将上述两种情况结合起来，得到新像素值的求解，如公式（1）和公式（2）：（1）（2），其中、、和为自动白平衡中用于校正图像的系数，newＲ、newB 为图片中红蓝像素的新像素值；根据彩色图像中各个通道的像素均值应当相等的原理，令红、蓝两个通道中新的像素均值与绿色通道中的像素均值相等，得到公式（...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思远，伍凌帆，康执玺，
申请(专利权)人：苏州盖德光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：