CN100539709C - 用于数字图像设备的白平衡调整装置和方法 - Google Patents
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Abstract
用于具有图像捕获装置的电子图像设备的装置及方法，用于光电变换经透镜聚焦的光学图像，并将图像捕获装置输出的信号变成数字信号及处理在预定时段输出的输入色彩数据。该装置和方法包括：在每一预定时段改变所建立的亮度级范围，从输入色彩数据中亮度分割和存储属于所建立的亮度级范围的色彩数据；检测被亮度分割且被存储的色彩数据中的白色色彩，并将测到的白色色彩所属的亮度级范围设置为剪切亮度级范围。该装置和方法还包含将图像捕获装置捕获的图像分割成预定数量的窗口，在每个预定时段，改变窗口的同时，对属于剪切亮度级范围窗口中的色彩数据进行视图分割和存储。该装置和方法还包含根据视图分割的且存储的色彩数据，计算最终白色色彩值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于数字图像设备的白平衡调整方法。特别是，本发明涉及一种能够通过使用亮度分割(luminance division)和视图分割(view division)以减少在白平衡调整中的误差来提高白色检测能力的数字图像设备的白平衡调整方法。
背景技术
通常，甚至在用户使用数字图像获取装置，如数字照像机或数字视频摄像机拍摄同一物体时，根据可用光环境，如户外阳光、多云天气、室内白色灯、荧光灯照明等，照片中的色彩看上去不同。然而，由于人类的眼睛使他们适应这样的光源并接受不同色度的白色作为白色色彩，人们感觉不到不自然。数字图像设备充分响应于包含在光源中的红绿蓝(RGB)色彩成分，该光源均具有不同的色温以再现具有高色温的色彩如绿白色以及具有低色温的色彩如红白色。因此，在上述情形中，需要将混合白色色彩表现为纯白色，甚至在色温变化时，最好也在色温上维持白平衡。为了实现这一点，将无色物体的RGB比率控制在某一值上，或将色差信号，如红-黄色(R-Y)或蓝-黄色(B-Y)控制在零值。这被称为白平衡调整。即，对于绿-白色，红色增益增加，而蓝色增益被减小。并且，对于红-白色，蓝色增益增加而红色增益减小。
为了精确地调整白平衡，需要精确地检测基准白色色彩。为了实现这一点，白色色彩被理想地设为用于某一图像摄影环境的基准，且该色彩被用于实现数字图像设备的白平衡。然而，在每次进行拍摄时，这样做是很麻烦的事情。已经开发了一种根据物体的性质来确定白色色彩的方法。该方法假定捕获图像的色彩一般与无色接近，即，相对于包含在所捕获图像的所有色彩成分，使用整数值时，所捕获图像的色彩接近零，如果所捕获图像具有包含不同色彩的宽色彩分布，则该方法可以有效地检测白色色彩。然而，如果该方法被采用到窄色彩分布的情况中，如在日落时、在红番茄上捕获的图像等，可以产生看上去不自然的图片，于是，需要采用防止这种不自然的装置。即，需要一种方法，其中使用所截取的捕获图片的中心部分检测白色色彩，除了具有高度浓缩在所捕获图片上的色彩的部分之外，提取具有低色彩浓缩级的部分。所提出的方法应当是基于亮度分割的方法、基于视图分割的方法等，该基于亮度分割的方法分割亮度级范围，通过分割的亮度级范围输入色彩数据，并检测白色色彩；该基于视图分割的方法将捕获图像的视图分割成更小的视图，通过分割的视图输入色彩数据，并检测白色色彩，等等。
然而，这样的根据亮度级的、基于亮度分割的方法可能具有下列问题，即由于所检测的白色色彩数据包括具有高亮度的纯白色等色彩，在根据所检测的白色色彩数据校正色彩时，存在高误差。而且，基于视图分割的方法可能具有以下问题，由于存在于每一分割视图的所有色彩被混合以检测白色色彩，所述以基于所检测的白色色彩校正色彩时，存在高误差。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种用于数字图像设备的白平衡调整装置及其方法，能够精确检测白色色彩以调整白平衡而没有误差。
为了实现本发明的上述方面，提供一种具有图像捕获装置的数字图像设备和一种相关方法，用于光电转换通过透镜单元聚焦的光学图像，将图像捕获装置输出的模拟信号转换成数字信号，控制增益，以及处理在预定时段内输出的输入色彩数据。该设备和方法包括：在每一预定时段改变所建立亮度级的范围，从输入色彩数据中，亮度分割和存储属于所建立亮度级范围的色彩数据。该设备和方法同时包括：检测被亮度分割且被存储的色彩数据当中的白色色彩，设置剪切亮度值的范围为所检测白色色彩所属的亮度级的范围；将在图像捕获装置上所捕获的视图分割成预定数量的窗口，并在每一预定时段，在改变窗口的同时，视图分割和存储属于剪切亮度级的范围的窗口中的色彩数据。该设备和方法还包括根据被视图分割且被存储的色彩数据计算最终白色色彩值。
最好，白平衡调整设备和方法还包括：根据所检测的最终白色色彩值，计算用于色彩校正的校正值；并使用校正值校正输入色彩数据。最好是，所建立亮度级的范围是通过以相同间隔分割最小亮度值和最大亮度值之间的范围而获得的多个间隔中的任意一个，并在每一预定时段变化至下一分割的间隔。而且，检测最终白色色彩值可以包括通过所分割的窗口检测白色色彩，并将被检测作为白色色彩的最大色彩数据值计算作为最终白色色彩值。而且，图像捕获装置可以是电荷耦合装置(CCD)，预定时段可以是一个帧时段，也可以是一个场时段。
附图说明
通过结合附图对本发明的某些实施例的描述，本发明的上述和其他特点将会变得更加清楚，其中：
图1是说明根据本发明一实施例，用于调整白平衡的数字图像设备的方框图；
图2是说明根据本发明一实施例的白平衡调整过程的流程图；和
图3和图4是说明根据本发明实施例的白平衡调整图。
在附图中，应当注意，相同或类似单元由相同的附图标记表示，即便是在不同的图中描述它们。
具体实施方式
图1是说明根据本发明一实施例的，用于调整白平衡的数字图像设备的方框图。参照图1的框图，数字图像设备具有镜头单元100、电荷耦合装置(CCD)110、自动增益控制(AGC)单元120、模数转换器(ADC)130、数字信号处理器(DSP)140和处理器150。
镜头单元100具有用于放大和缩小物体的变焦透镜、用于对物体聚焦的聚焦透镜、用于控制光量的光圈等。CCD 110被用作图像捕获装置，并且将通过镜头单元100捕获的图像光电转换成电信号。CCD 110以一帧或大约一帧(即1/30秒或大约1/30秒)的间隔或以一场或大约一场(即1/60秒或大约1/60秒)的间隔读取和输出所充电的信号。AGC单元120控制从CCD 110输出的信号的增益。ADC 130将输出转换成数字信号，例如，在AGC单元120中的一场或一帧经增益控制的图像信号。DSP 140将所转换的数字图像信号编码成国家电视标准委员会(NTSC)格式、逐行倒相(PAL)格式等的图像信号，并且具有用于其它信号处理所需的电路。处理器150以1/30秒或大约1/30秒的间隔，或者以1/60秒或大约1/60秒的间隔输入从DSP 140输出的色彩数据，检测白色色彩，并利用所检测的白色色彩计算用于进行白平衡调整的红(R)和蓝(B)增益控制值，以及将所计算的R和B增益控制值发送给DSP 140。DSP140使用所接收的R和B增益控制值来校正色彩数据并输出经白平衡调整的色彩数据。处理器150根据存储在存储器(未示出)中的控制程序对数字图像设备的整个操作进行控制。
图2是说明根据本发明一实施例的白平衡调整过程的流程图。该流程图表示均以每一帧或大约每一帧的间隔，或者以每一场或大约每一场的间隔操作的步骤，在上述间隔中，读取并输出在用作图像获取装置的CCD 110中所充电的数据。参照流程图，首先，在步骤S200，处理器150确定FLAG值是否为“0”。FLAG值是用于确定是否运行与亮度分割相关的程序或是否运行与视图分割相关的程序的变量，初始FLAG值设为0。因此，如果在步骤S200中，该标志(FLAG)被设置为“0”，则执行步骤S205，存储在所建立的亮度级别范围中的、从DSP140周期性地发送的色彩数据。假定最大亮度值和最小亮度值分别由1max和1min表示，且分割亮度级的数量由n表示，如图3所示，第一所建立的亮度级的范围是指在亮度值范围，即表示为“1”的、在1min和[1min+(1max-1min)/n]之间的范围中的色彩数据。在步骤S210中，处理器150仅输入和存储在亮度级之间的色彩数据，并设置下一亮度级。下一亮度级是在前一亮度级的上边界值和下边界值被分别增加(1max-1min)/n所获得的值，这是指图3中由“2”表示的范围。如果下一亮度级被设置完成，则在步骤S215，处理器150确定亮度分割是否完成。如果亮度分割未完成，则在下一时段中，处理器150在输入色彩数据时重复S200到S215的步骤，并且输入和存储与直到属于与图3所示的第n范围对应的、表示为n-1和n的亮度级的范围的色彩数据。因此，如果亮度分割完成，则色彩数据被分成n个亮度级，并且存储每一分割的色彩数据。
如果亮度分割完成，则在步骤S220，处理器150根据所分割并被存储在n个亮度级中的色彩数据来搜索与白色色彩最接近的色彩数据，并且选择属于该色彩数据的亮度级。此外，在步骤S225，处理器150选择将所选择亮度级选择为在视图分割中使用的剪切亮度级(clip luminance level)，并设置在视图分割中使用的第一窗口。随后，在步骤S230，处理器150将FLAG值设为“1”，并从下一时段开始运行与视图分割相关的例程。
由于在下一操作时段中，FLAG值是“1”，在步骤S200，处理器150确定FLAG值，并且在步骤S235，存储属于与第一窗口有关的色彩数据当中的剪切亮度级范围的色彩数据。如图4所示，假定通过图像捕获装置所捕获的视图的左上方端点的坐标被表示成x轴的Xstar和y轴的Ystart以及视图的右下方端点的坐标被表示成x轴的Xend和y轴的Yend，第一窗口是指表示成“1”的范围，该范围被使用左上方端点(分别为x轴和y轴的Xstart和Ystart)和右下方端点坐标(分别为x轴和y轴的[Xstart+(Xend-Xstart)/k]和[Ystart+(Yend-Ystart)/m])所包含。在该范围内的色彩数据当中，处理器150输入并且存储属于在亮度分割中建立的剪切亮度级范围的色彩数据。如果与第一窗口有关的色彩数据完全被存储，则处理器150在步骤S240中设置下一个窗口。在图4中，下一个窗口是指由“2”表示的范围，所以用于第一窗口的相应端点的y轴坐标没有改变，但x轴的坐标被增加了(Xend-Xstart)/k。在每一色彩数据输入期间改变窗口为止，而且，如果色彩数据完全被存储直到表示为k*m的窗口，则窗口分割完成。
如果窗口分割完成，在步骤S250中，处理器150选择每一由窗口存储的k*m色彩数据当中的最靠近的色彩数据作为白色色彩。如果处理器150选择具有最高值的色彩数据作为最终白色值。如果最终白色色彩值被完全选择，则在步骤S225中，处理器150设置第一亮度级的范围，并且初始化作为第一窗口的窗口范围以便根据上述亮度分割来运行例程，且初使化作为第一窗口的窗口范围。此外，处理器150将FLAG设置为“0”，在下一时段中重复以上的步骤。处理器150根据所选择的白色色彩值，计算用于色彩校正的R和B增益控制值。为了色彩数据增益能够被控制，所计算的R和B增益控制值被传送到DSP140，以便校正色彩。如前所述，白平衡调整方法首先使用亮度分割来确定白色色彩所属的亮度级的范围，并且通过在所确定的亮度级范围中的视图分割来选择最终白色值，从而能够检测到相对精确的白色，以及能够使用所检测的最终白色值来调整白平衡而没有错误。
如上所述，本发明的实施例使用亮度分割来检测白色色彩所属的亮度级，并且通过在所检测的亮度级范围中的视图分割来检测最终白色色彩值，从而检测到相对精确的白色色彩。此外，本发明的实施例使用所检测的白色值来调整白平衡，从而获得在数字图像设备上自然显示的高质量图像。
虽然已说明了本发明的某一实施例，本技术人员应该理解的是，本发明不应被限定于所描述的实施例，在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围之内，可以进行各种修改和变化。
Claims (16)
1、一种用于数字图像设备的白平衡调整方法，所述数字图像设备具有图像捕获装置，用于光电转换通过透镜单元聚焦的光学图像，并且所述数字图像设备用于将从图像捕获装置输出的信号转换成数字信号，以及处理在预定时段中输出的输入色彩数据，所述方法包含步骤：
在每一预定时段，改变所建立的亮度级的范围，并且从输入色彩数据中对属于所建立的亮度级范围的色彩数据进行亮度分割和存储；
检测在经亮度分割且被存储的色彩数据当中的白色色彩，并且将所检测到的白色色彩所属的亮度级范围设置为剪切亮度级范围；
将在所述图像捕获装置上捕获的图像分割成预定数量的窗口，并且在每一预定时段，在改变窗口的同时，对属于剪切亮度级范围的窗口中的色彩数据进行视图分割和存储；
根据所述被视图分割且被存储的色彩数据，检测最终白色色彩值；
根据所检测的最终白色色彩值，计算用于色彩校正的校正值；和
使用所述校正值校正输入色彩数据。
2、如权利要求1所述的白平衡调整方法，其中所建立的亮度级的范围是通过以相同间隔分割在最小亮度值和最大亮度值之间的范围而得到的多个间隔中的任何一个，并且在每一预定时段，变到下一分割间隔。
3、如权利要求1所述的白平衡调整方法，其中检测最终白色色彩值的步骤，通过所分割的窗口检测白色色彩，并且将被检测为具有最高值的白色色彩的色彩数据选为最终白色色彩值。
4、如权利要求1所述的白平衡调整方法，其中图像捕获装置是电荷耦合装置(CCD)。
5、如权利要求1所述的白平衡调整方法，其中所述预定时段是一个帧时段，或是一个场时段。
6、一种用于调整白平衡的数字图像设备，包括：
透镜单元，用于对物体进行光检测；
图像捕获装置，用于光电转换通过透镜单元聚焦的光学图像；
自动增益控制单元，用于控制从所述图像捕获装置输出的信号的增益；
模数转换单元，用于将从自动增益控制单元输出的模拟信号转换成数字信号；以及
控制器，用于处理在预定时段中输出的输入色彩数据；在每一预定时段改变所建立的亮度级的范围，并且从输入色彩数据中对属于所建立亮度级的范围的色彩数据进行亮度分割处理和存储；检测被亮度分割且被存储的色彩数据当中的白色色彩，并且将所检测到的白色色彩所属的亮度级范围设置为剪切亮度级范围；将在所述图像捕获装置上捕获的图像分割成预定数量的窗口，并且在每一预定时段，在改变窗口的同时，对在属于剪切亮度级范围的窗口中的色彩数据进行视图分割和存储；根据被视图分割且被存储的色彩数据，检测最终的白色色彩值；根据所检测的最终白色色彩值来计算用于色彩校正的校正值；并且通过所述校正值，来校正输入色彩数据。
7、如权利要求6所述的数字图像设备，其中所建立的亮度级的范围是通过以相同间隔分割在最小亮度值和最大亮度值之间的范围所得到的间隔中的任意一个，并且在每一预定时段改变到下一分割间隔。
8、如权利要求6所述的数字图像设备，其中检测最终的白色色彩值包括通过所分割的窗口检测白色色彩，并且将被检测为具有最高值的白色色彩的色彩数据选为最终白色色彩值。
9、如权利要求6所述的数字图像设备，其中图像捕获装置是电荷耦合装置(CCD)。
10、如权利要求6所述的数字图像设备，其中所述预定时段是一个帧时段，或者是一个场时段。
11、如权利要求6所述的数字图像设备，其中所述透镜单元包含变焦透镜、聚焦透镜和光圈。
12、如权利要求11所述的数字图像设备，其中所述变焦透镜用于放大或缩小将被拍摄的物体。
13、如权利要求11所述的数字图像设备，其中聚焦透镜用于将图像捕获装置聚焦到物体上。
14、如权利要求11所述中的数字图像设备，其中光圈用于控制到捕获图像装置上的光量。
15、如权利要求9所述的数字图像设备，其中所述电荷耦合装置用于将通过透镜单元捕获的图像光电转换成电信号。
16、如权利要求6所述的数字图像设备，还包含：
数字信号处理器(DSP)，用于将数字图像信号转换成国家电视标准委员会(NTSC)格式和逐行倒相(PAL)格式中的至少一种格式。
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