CN109600596B

CN109600596B - 一种非线性无色恒常的白平衡方法

Info

Publication number: CN109600596B
Application number: CN201910023129.7A
Authority: CN
Inventors: 戴声奎; 黄正暐; 钟铮; 张超; 高剑萍
Original assignee: Huaqiao University
Current assignee: Huaqiao University
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: CN109600596A

Abstract

本发明提供了一种非线性无色恒常的白平衡方法，其包含步骤为：首先将输入彩色图像转化为YCbCr颜色空间。然后对蓝色色度通道、红色色度通道进行非线性无色检测。最后利用无色检测结果进行白平衡。本发明设计了一种泛用性强的白平衡算法，能够矫正各类偏色图像的颜色。

Description

一种非线性无色恒常的白平衡方法

技术领域

本发明属于视频图像增强领域，涉及一种自动校正的非线性无色恒常的白平衡方法。

背景技术

视频图像在成像过程中，容易受到大气中各种因素的影响而导致图像质量下降，如对比度低、模糊、偏色等。图像增强技术能够改善图像的视觉效果，使图像更加清晰，细节突出，偏色得到还原，在安防、医疗、军事、遥感、检测等领域有重要价值。

在水下或沙尘暴的拍摄环境中，成像设备容易拍摄到偏色图像，使照片或视频中的景物无法呈现出真实色彩。图像白平衡能够校正偏色，使视频图像接近真实色彩。现有的白平衡算法对严重偏色的图像(如水下图像)效果较弱，且容易产生图像部分偏红的现象，无法完全实现偏色矫正，因此还有着广阔的研究前景。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种非线性无色恒常的白平衡方法，能够对严重偏色的图像进行偏色矫正，使图像中的景物接近真实色彩。

本发明采用如下技术方案：

一种非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于包含如下步骤：

a)输入一张彩色图像，比特位为B_it，将其颜色空间转为YCbCr颜色空间，获得亮度通道矩阵I_Y，蓝色色度通道矩阵I_Cb，红色色度通道矩阵I_Cr，同时计算蓝色色度通道的像素值均值A_Cb，以及红色色度通道的像素值均值A_Cr；

b)利用非线性方法计算蓝色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到一个无色权重通道W_Cb，同时利用非线性方法计算红色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到另一个无色权重通道W_Cr；

c)将两个无色权重通道中坐标相同的权重值进行比较，保留每个坐标位置对应权重值的最小值，存入总无色权重通道矩阵W；

d)利用总无色权重通道W分别结合蓝色色度通道的像素值均值A_Cb和红色色度通道的像素值均值A_Cr，对蓝色色度通道和红色色度通道进行矫正计算，得到新蓝色色度通道I_Cb2和新红色色度通道I_Cr2；

e)将亮度通道I_Y，新蓝色色度通道I_Cb2，新红色色度通道I_Cr2合成彩色图像，获得最终的结果图像。

所述步骤a)中，输入彩色图像的颜色空间为RGB、LAB、YUV或HIS。

所述步骤b)中，每个像素的无色权重值采用以下非线性方法计算：

W_Cb(x,y)＝e^{-[(I_Cb(x,y)-U)/40]^2}

W_Cr(x,y)＝e^{-[(I_Cr(x,y)-U)/40]^2}

其中x，y为图像像素坐标，e为自然常数，约等于2.71828，U为中心灰度，其数值等于2^(B_it-1)。

所述步骤c)中，若存在比较结果相等的无色权重值，就直接将这个值保留。

所述步骤d)中，采用以下公式获得各通道处理结果：

I_Cb2(x,y)＝I_Cb(x,y)-U*W(x,y)-A_Cb*[1-W(x,y)]+U

I_Cr2(x,y)＝I_Cr(x,y)-U*W(x,y)-A_Cr*[1-W(x,y)]+U。

所述步骤e)中，合成彩色图像时，先将新生成色度通道数据取整，再进行合成。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的基于非线性无色恒常的白平衡方法通过非线性方式检测图像中的无色区域计算无色权重，实现对图像中无色区域的保护，对偏色区域的偏色消除。该方法不仅能够对严重偏色图像进行偏色矫正，还能进行正常图像的白平衡操作，具有广泛的适用范围。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为色度通道各像素无色权重；

图3中：(a)为原始图像；(b)为白平衡计算结果。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

图1所示为本发明的流程图，假设输入图像的输入比特位为8、级数为256的RGB三通道彩色数字图像，根据流程图所述处理步骤应当如下：

a)由于输入图像通道为RGB，应将其转换为YCbCr空间，取Cb、Cr通道为蓝色色度通道和红色色度通道，获得亮度通道矩阵I_Y，蓝色色度通道矩阵I_Cb，红色色度通道矩阵I_Cr，同时计算蓝色色度通道的像素值均值A_Cb，以及红色色度通道的像素值均值A_Cr。

由于输入图像比特位为8，因此中心灰度U为128。输入彩色图像的颜色空间可以且不限于RGB、LAB、YUV、HSI等。

b)利用非线性方法计算蓝色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到一个无色权重通道W_Cb，同时利用非线性方法计算红色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到另一个无色权重通道W_Cr。

采用以下公式计算蓝色色度通道中每一个像素点的无色权重W_Cb(x,y)：

W_Cb(x,y)＝e^{-[(I_Cb(x,y)-U)/40]^2}。

采用以下公式计算红色色度通道中每一个像素点的无色权重W_Cr(x,y)：

W_Cr(x,y)＝e^{-[(I_Cr(x,y)-U)/40]^2}。

c)将W_Cb和W_Cr的每个对应位置权重值相比较，取最小值存入总无色权重通道W的相同坐标位置，生成总无色权重通道，若存在比较结果相等的无色权重值，就直接将这个值保留。

d)根据蓝色色度通道的像素均值A_Cb，利用总无色权重W对蓝色色度通道中的每个像素点进行矫正计算，方法如下：

I_Cb2(x,y)＝I_Cb(x,y)-U*W(x,y)-A_Cb*[1-W(x,y)]+U；

根据红色色度通道的像素均值A_Cr，利用总无色权重W对红色色度通道中的每个像素点进行矫正计算，方法如下：

I_Cr2(x,y)＝I_Cr(x,y)-U*W(x,y)-A_Cr*[1-W(x,y)]+U。

e)将I_Cr2(x,y)作为新的红色色度通道Cr，I_Cb2(x,y)作为新的蓝色色度通道Cb，将新生成色度通道数据中的小数部分去除，后合成三通道为彩色图像输出。另外，合成彩色图像时，先将新生成色度通道数据取整，再进行合成。

本发明提供的是一种非线性无色恒常的白平衡方法，该方法有较好的泛用性，能够应对沙尘、水下等严重偏色图像，也可以进行正常图像的白平衡矫正，使图像更加接近原本的色彩，使整体图像观感更加自然柔和。

图2为色度通道的无色权重图，可以看出，该方法有效监测出了图中的无色部分，对无色部分的保护效果较好。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于包含如下步骤：

b)利用非线性方法计算蓝色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到一个无色权重通道W_Cb，同时利用非线性方法计算红色色度通道中每一个像素点的无色权重，得到另一个无色权重通道W_Cr；每个像素的无色权重值采用以下非线性方法计算：

W_Cb(x,y)＝e^{-[(I_Cb(x,y)-U)/40]^2}

W_Cr(x,y)＝e^{-[(I_Cr(x,y)-U)/40]^2}

其中x，y为图像像素坐标，e为自然常数，约等于2.71828，U为中心灰度，

其数值等于2^(B_it-1)；

d)利用总无色权重通道W分别结合蓝色色度通道的像素值均值A_Cb和红色色度通道的像素值均值A_Cr，对蓝色色度通道和红色色度通道进行矫正计算，得到新蓝色色度通道I_Cb2和新红色色度通道I_Cr2；采用以下公式获得各通道处理结果：

I_Cb2(x,y)＝I_Cb(x,y)-U*W(x,y)-A_Cb*[1-W(x,y)]+U

I_Cr2(x,y)＝I_Cr(x,y)-U*W(x,y)-A_Cr*[1-W(x,y)]+U

2.如权利要求1所述的非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于，所述步骤a)中，输入彩色图像的颜色空间为RGB、LAB、YUV或HIS。

3.如权利要求1所述的非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于，所述步骤c)中，若存在比较结果相等的无色权重值，就直接将这个值保留。

4.如权利要求1所述的非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于，如权利要求1所述的非线性无色恒常的白平衡方法，其特征在于，所述步骤e)中，合成彩色图像时，先将新生成色度通道数据取整，再进行合成。