CN109561292A - 一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置 - Google Patents

一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置 Download PDF

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CN109561292A CN201811603847.3A CN201811603847A CN109561292A CN 109561292 A CN109561292 A CN 109561292A CN 201811603847 A CN201811603847 A CN 201811603847A CN 109561292 A CN109561292 A CN 109561292A
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Abstract

本申请提供了一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置，方法包括：将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值；根据待校准通道的灰度校正值与参考通道的灰度校正值的比值，得到待校准通道相对参考通道的白平衡增益值；根据待校准通道的灰度校正值与白平衡增益值的乘积，得到待校准通道白平衡校正值。本申请实施例通过在平场校正的基础上进行白平衡处理，简化了白平衡算法的处理步骤，提高了白平衡的准确度。

Description

一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置
技术领域
本申请涉及相机系统校正技术领域，尤其涉及一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置。
背景技术
在利用相机系统进行拍摄时，拍摄出来的照片可能会出现偏色的情况，例如，照片偏红或者偏蓝，尤其对于白色物体的呈现。这是由于不同性质的光源会在画面中产生不同的色彩倾向，而人们的视觉系统会自动对不同的光线做出补偿，所以无论在何种光线环境下，人们看到的白色物体都是白色的，但是相机只会直接记录呈现在它面前的色彩，这就会导致画面偏色。通常，相机系统的偏色可以通过自动白平衡进行校正。
现有技术中，相机系统的一种自动白平衡常用方法是通过拍摄物体图像，计算R、G、B三个通道的增益系数，使得该物体图像白色区域的像素点在R、G、B三个通道的灰度值分别乘以所在通道的增益系数后，R、G、B三个通道灰度值达到相等，从而白色区域呈现出白色，物体图像其他区域的偏色在其像素点乘以根据白色区域计算出的上述增益系数后也得到相应校正。
然而，利用上述方法顺利进行白平衡校正的前提是，相机系统能够从物体图像中识别出白色区域，从而以白色区域的三个通道灰度值相等为目标计算增益系数，但是，相机系统往往难以从物体图像中准确识别出白色区域，导致计算出的增益系数不准确，进而导致校正后的物体图像色彩仍然存在偏色现象。
发明内容
本申请提供了一种用于相机系统的白平衡处理方法及装置，以解决白平衡准确性差的问题。
第一方面，本申请提供了一种用于相机系统的白平衡处理方法，该方法包括：
将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到所述相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值；
根据所述待校准通道的灰度校正值与所述参考通道的灰度校正值的比值，得到所述待校准通道相对所述参考通道的白平衡增益值；
根据所述待校准通道的灰度校正值与所述白平衡增益值的乘积，得到所述待校准通道白平衡校正值。
可选地，将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到所述相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值，包括：
根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值；
根据所述相机系统的亮场图，分别计算所述亮场图的全部像素点在所述参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值；
对所述参考通道和待校准通道的固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道和待校准通道的灰度校正值。
可选地，根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值，之前还包括：
设置相机系统的曝光参数，所述曝光参数包括最小曝光时间和最小增益值；
将所述相机系统在关掉光源和镜头盖后进行拍摄，得到包含参考通道和待校准通道的暗场图。
可选地，根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值，包括：
采集相机系统的暗场图中所述参考通道的暗场灰度值，作为所述参考通道的固定图像噪声值；
采集相机系统的暗场图中所述待校准通道的暗场灰度值，作为所述待校准通道的固定图像噪声值。
可选地，根据所述亮场图计算所述全部像素点分别在所述参考通道、待校准通道的各像元响应不一致性值，包括：
采集所述亮场图中所述参考通道、待校准通道的亮场灰度值；
计算所述参考通道的亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第一差值，计算所述待校准通道的亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第二差值；
计算所述第一差值的最大值与所述第一差值的比值，得到所述参考通道的各像元响应不一致性值；
计算所述第二差值的最大值与所述第二差值的比值，得到所述待校准通道的各像元响应不一致性值。
可选地，根据所述固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道、待校准通道的灰度校正值，包括：
计算所述第一差值与所述参考通道的各像元响应不一致性值的乘积，得到所述参考通道的灰度校正值；
计算所述第二差值与所述待校准通道的各像元响应不一致性值的乘积，得到所述待校准通道的灰度校正值。
可选地，根据所述相机系统的亮场图，分别计算所述亮场图的全部像素点在所述参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值，之前还包括：
将开启镜头盖的相机系统前方设置白色参考物，设置所述相机系统中所述参考通道的灰度值大小包括饱和值的70％-90％；
利用所述相机系统拍摄所述白色参考物，得到包含所述参考通道和待校准通道的亮场图。
第二方面，本申请还提供了一种用于相机系统的白平衡处理装置，该白平衡处理装置包括：平场校正模块、白平衡增益值计算模块和白平衡校正模块，其中，
所述平场校正模块，用于计算相机系统的全部像素点在白色参考物下，参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值；
所述白平衡增益值计算模块，用于根据所述待校准通道的灰度校正值与所述参考通道的灰度校正值的比值，得到所述待校准通道相对所述参考通道的白平衡增益值；
所述白平衡校正模块，用于根据所述待校准通道的灰度校正值与所述白平衡增益值的乘积，得到所述待校准通道白平衡校正值。
可选的，所述平场校正模块包括固定图像噪声值计算单元、各像元响应不一致性值计算单元、灰度校正值计算单元，其中，
所述固定图像噪声值计算单元，用于获取所述相机系统的暗场图，计算所述暗场图的全部像素点分别在参考通道、待校准通道的固定图像噪声值；
所述各像元响应不一致性值计算单元，用于获取所述相机系统的亮场图，根据所述亮场图计算所述全部像素点分别在所述参考通道、待校准通道的各像元响应不一致性值；
所述灰度校正值计算单元，用于根据所述固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道、待校准通道的灰度校正值。
本申请提供的用于相机系统的白平衡处理方法及装置的有益效果包括：
本申请提供的用于相机系统的白平衡处理方法，通过将相机系统进行平场校正，将相机系统在白色参考物下的全部像素点在参考通道校正为一个统一的灰度校正值，在待校准通道中校正为另一个统一的灰度校正值，从而根据两个灰度校正值的比值可以得到待校准通道相对参考通道的白平衡增益值，再根据白平衡增益值与灰度校正值的乘积得到白平衡校正值，利用该白平衡校正值对相机系统就行校正可实现相机系统的白平衡，本申请通过在白色参考物下进行平场校正，不需要识别物体图像中的白色区域，避免了识别错误而导致的白平衡准确性差的问题；本申请在平场校正的基础上进行白平衡处理，简化了白平衡算法的处理步骤，提高了白平衡的准确度。本申请提供的用于相机系统的白平衡处理装置，按照本申请提供的用于相机系统的白平衡处理方法进行白平衡处理，处理后的白平衡准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于相机系统的白平衡处理方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种平场校正方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种用于相机系统的白平衡处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，为本申请实施例提供的一种用于相机系统的白平衡处理方法的流程示意图，如图1所示，本申请实施例提供的用于相机系统的白平衡处理方法，具体包括以下步骤：
步骤S110：将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值。
具体的，参见图2，为本申请实施例提供的一种平场校正方法的流程示意图，如图2所示，本申请实施例提供的平场校正方法，包括以下步骤：
步骤S111：根据相机系统的暗场图，分别计算暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值。
本申请实施例中，相机系统的暗场图通过拍摄获得。在拍摄暗场图之前，首先做好准备工作：一是将计算机与相机系统连接，利用上位机上的采图软件，可实时看到相机系统采集到的图像。将上位机鼠标的光标放到图像上某一位置，采图软件能够实时显示该位置像素点的R通道、G通道和B通道三个通道的灰度值，即像素点值的大小，该像素点值越大，则该像素点越亮；二是设置好曝光参数，曝光参数包括最小曝光时间和最小增益值，本申请实施例中，最小曝光时间设置为0.1ms，最小增益值即相机系统的感光度设置为1dB；三是盖上镜头盖子，关闭室内光源。
在准备工作做好后，拍摄一张图像，此时，拍得的图像为暗场图AM×N×3，暗场图传输至计算机中，在计算机中进行图像处理。
暗场图为包含R通道、G通道和B通道三个通道的彩色图，M指每一通道有M行像素点，N指每一通道有N列像素点，3指有3个通道。
取上述暗场图AM×N×3的G通道作为参考通道，R通道和B通道为待校准通道，本实施例主要以R通道为例进行白平衡校正说明，B通道的白平衡校正可参考R通道的校正过程。
从暗场图AM×N×3中，提取出R通道全部像素点的暗场灰度值，得到一个灰度值矩阵，记为A_RM×N，本实施例中：
理想情况下，暗场图的全部像素点在任一通道下的暗场灰度值均为0，实际获得的暗场图暗场灰度不为0，这种现场称为FPN(Fixed Pattern Noise，固定图像噪声)。因此，暗场图中的暗场灰度即固定图像噪声值，R通道的固定图像噪声值为FPN_RM×N，本实施例中：
G通道的固定图像噪声值为FPN_GM×N，B通道的固定图像噪声值为FPN_BM×N，获取方法与R通道的固定图像噪声值获取方法相同。
步骤S112：根据相机系统的亮场图，分别计算亮场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值。
本申请实施例中，相机系统的亮场图也是通过拍摄获得。在拍摄亮场图之前，首先做好准备工作：一是将相机系统工作在感光状态下，镜头盖打开；二是在相机镜头正前方放置一个白色参考物，本实施例中，白色参考物是一个表面洁净的均匀靶标，例如一张A4纸；三是设置当前相机系统G通道的输出灰度值为饱和值的70％-90％范围内，具体可选80％，饱和值为255。由于相机系统的光源响应曲线在接近饱和值时为非线性，因此，选择一个光源响应曲线线性端末端的灰度值准确性较高。本申请实施例选为饱和值的饱和值，经后续步骤处理后得出的白平衡效果较佳。
在准备工作做好后，拍摄一张图像，此时，拍得的图像为亮场图SM×N×3，亮场图传输至计算机中，在计算机中进行图像处理。
亮场图为包含R通道、G通道和B通道三个通道的彩色图，M指每一通道有M行像素点，N指每一通道有N列像素点，3指有3个通道。
从亮场图SM×N×3中，提取出R通道全部像素点的亮场灰度值，得到一个灰度值矩阵，记为S_RM×N，本实施例中：
计算R通道亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第一差值，计算G通道亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第二差值，计算公式如下：
B_RM×N＝S_RM×N-FPN_RM×N
其中，B_RM×N为第一差值或第二差值，本实施例中，第一差值大小为：
计算R通道下第一差值的最大值BM_R，BM_R＝max(B_RM×N)。本实施例中，Rmax＝BM_R＝203，G通道下该值Gmax＝BM_G、B通道下该值Bmax＝BM_B。
计算R通道的各像元响应不一致性值PRNU_RM×N，本实施例中：
同理可求得G通道的各像元响应不一致性值PRNU_GM×N、B通道的各像元响应不一致性值PRNU_BM×N。
步骤S113：对参考通道和待校准通道的固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到参考通道和待校准通道的灰度校正值。
平场校正的计算公式为：
V_outM×N＝(V_inM×N-FPNM×N)*PRNUM×N
其中，V_in_RM×N为做平场校正前的输入R通道的亮场灰度值，本实施例中，为与拍摄亮场图时相同的光照环境和曝光参数下的亮场灰度值，即S_RM×N，V_out_RM×N为做平场校正后的输出R通道的灰度校正值，本实施例中：
三个通道各自独立进行平场校正，经过平场校正后，R通道所有像素点灰度值均校正为Rmax，即R通道的灰度均值R_mean＝Rmax；G通道所有像素点灰度值均校正为Gmax，即G通道的灰度均值G_mean＝Gmax；B通道所有像素点灰度值均校正为Bmax，即B通道的灰度均值B_mean＝Rmax。
步骤S120：根据待校准通道的灰度校正值与参考通道的灰度校正值的比值，得到待校准通道相对参考通道的白平衡增益值。
具体的，R通道的白平衡增益值R_Gain的计算公式为：
G通道的白平衡增益值G_Gain的计算公式为：
B通道的白平衡增益值B_Gain的计算公式为：
步骤S130：根据待校准通道的灰度校正值与白平衡增益值的乘积，得到待校准通道白平衡校正值。
具体的，R通道的白平衡校正值Img_out_RM×N的计算公式为：
G通道的白平衡校正值
B通道的白平衡校正值
参见图3，为本申请实施例提供的一种用于相机系统的白平衡处理装置的结构示意图，如图3所示，本申请实施例提供的一种用于相机系统的白平衡处理系统，包括平场校正模块、白平衡增益值计算模块和白平衡校正模块。
具体的，平场校正模块，用于计算相机系统的全部像素点在白色参考物下，参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值。平场校正模块包括固定图像噪声值计算单元、各像元响应不一致性值计算单元、灰度校正值计算单元，其中，固定图像噪声值计算单元，用于根据相机系统的暗场图，分别计算暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值；各像元响应不一致性值计算单元，用于根据相机系统的亮场图，分别计算亮场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值；灰度校正值计算单元，用于对参考通道和待校准通道的固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到参考通道和待校准通道的灰度校正值。
白平衡增益值计算模块，用于根据待校准通道的灰度校正值与参考通道的灰度校正值的比值，得到待校准通道相对参考通道的白平衡增益值。
白平衡校正模块，用于根据待校准通道的灰度校正值与白平衡增益值的乘积，得到待校准通道白平衡校正值。
由上述实施例可见，本申请实施例提供的用于相机系统的白平衡处理方法，通过将相机系统进行平场校正，将相机系统在白色参考物下的全部像素点在参考通道校正为一个统一的灰度校正值，在待校准通道中校正为另一个统一的灰度校正值，从而根据两个灰度校正值的比值可以得到待校准通道相对参考通道的白平衡增益值，再根据白平衡增益值与灰度校正值的乘积得到白平衡校正值，利用该白平衡校正值对相机系统就行校正可实现相机系统的白平衡，本申请通过在白色参考物下进行平场校正，不需要识别物体图像中的白色区域，避免了识别错误而导致的白平衡准确性差的问题；本申请在平场校正的基础上进行白平衡处理，简化了白平衡算法的处理步骤，提高了白平衡的准确度。本申请提供的用于相机系统的白平衡处理装置，按照本申请提供的用于相机系统的白平衡处理方法进行白平衡处理，处理后的白平衡准确度高。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (9)

1.一种用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，包括：
将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到所述相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值；
根据所述待校准通道的灰度校正值与所述参考通道的灰度校正值的比值，得到所述待校准通道相对所述参考通道的白平衡增益值；
根据所述待校准通道的灰度校正值与所述白平衡增益值的乘积，得到所述待校准通道白平衡校正值。
2.如权利要求1所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，将相机系统的全部像素点进行平场校正，得到所述相机系统在白色参考物下参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值，包括：
根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值；
根据所述相机系统的亮场图，分别计算所述亮场图的全部像素点在所述参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值；
对所述参考通道和待校准通道的固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道和待校准通道的灰度校正值。
3.如权利要求2所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值，之前还包括：
设置相机系统的曝光参数，所述曝光参数包括最小曝光时间和最小增益值；
将所述相机系统在关掉光源和镜头盖后进行拍摄，得到包含参考通道和待校准通道的暗场图。
4.如权利要求2所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值，包括：
采集相机系统的暗场图中所述参考通道的暗场灰度值，作为所述参考通道的固定图像噪声值；
采集相机系统的暗场图中所述待校准通道的暗场灰度值，作为所述待校准通道的固定图像噪声值。
5.如权利要求4所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，根据所述亮场图计算所述全部像素点分别在所述参考通道、待校准通道的各像元响应不一致性值，包括：
采集所述亮场图中所述参考通道、待校准通道的亮场灰度值；
计算所述参考通道的亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第一差值，计算所述待校准通道的亮场灰度值与固定图像噪声值的差值，得到第二差值；
计算所述第一差值的最大值与所述第一差值的比值，得到所述参考通道的各像元响应不一致性值；
计算所述第二差值的最大值与所述第二差值的比值，得到所述待校准通道的各像元响应不一致性值。
6.如权利要求5所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，根据所述固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道、待校准通道的灰度校正值，包括：
计算所述第一差值与所述参考通道的各像元响应不一致性值的乘积，得到所述参考通道的灰度校正值；
计算所述第二差值与所述待校准通道的各像元响应不一致性值的乘积，得到所述待校准通道的灰度校正值。
7.如权利要求2所述的用于相机系统的白平衡处理方法，其特征在于，根据所述相机系统的亮场图，分别计算所述亮场图的全部像素点在所述参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值，之前还包括：
将开启镜头盖的相机系统前方设置白色参考物，设置所述相机系统中所述参考通道的灰度值大小包括饱和值的70％-90％；
利用所述相机系统拍摄所述白色参考物，得到包含所述参考通道和待校准通道的亮场图。
8.一种用于相机系统的白平衡处理装置，其特征在于，包括：平场校正模块、白平衡增益值计算模块和白平衡校正模块，其中，
所述平场校正模块，用于计算相机系统的全部像素点在白色参考物下，参考通道的灰度校正值和待校准通道的灰度校正值；
所述白平衡增益值计算模块，用于根据所述待校准通道的灰度校正值与所述参考通道的灰度校正值的比值，得到所述待校准通道相对所述参考通道的白平衡增益值；
所述白平衡校正模块，用于根据所述待校准通道的灰度校正值与所述白平衡增益值的乘积，得到所述待校准通道白平衡校正值。
9.如权利要求8所述的用于相机系统的白平衡处理装置，其特征在于，所述平场校正模块包括固定图像噪声值计算单元、各像元响应不一致性值计算单元、灰度校正值计算单元，其中，
所述固定图像噪声值计算单元，用于根据相机系统的暗场图，分别计算所述暗场图的全部像素点在参考通道和待校准通道的固定图像噪声值；
所述各像元响应不一致性值计算单元，用于根据所述相机系统的亮场图，分别计算所述亮场图的全部像素点在所述参考通道和待校准通道的各像元响应不一致性值；
所述灰度校正值计算单元，用于对所述参考通道和待校准通道的固定图像噪声值和各像元响应不一致性值进行平场校正，得到所述参考通道和待校准通道的灰度校正值。
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