CN109672828A - 基于光路白平衡的低照度提升装置及低照度提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像处理技术领域,提供一种基于光路白平衡的低照度提升装置及低照度提升方法。一种基于光路白平衡的低照度提升装置,包括红外光模块、滤光片、饱和度处理模块和色调处理模块;所述红外光模块用于采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;所述滤光片在波长范围860nm~940nm下透过率超过60%,在蓝光的波长范围内透过率超过80%,在绿光的波长范围内透过率低于50%,在红光的波长范围内透过率低于70%;所述饱和度处理模块和色调处理模块用于处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。本发明还提供一种基于光路白平衡的低照度提升方法。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,尤其涉及一种基于光路白平衡的低照度提升装置及低照度提升方法。
背景技术
在低照度光线较暗的环境下,摄像机要得到较好的清晰度、对比度及色彩的图像,需采用具有超低照度技术的图像传感器。传统CMOS图像传感器,电路在像素阵列上面,且两者在同一个晶圆。它的成像过程是光线先通过最上方的电路,然后再进入感光层进行成像,由于光线先经过电路层,部分光线会反射回去,导致进光量减少。BIS背照式CMOS图像传感器把电路放在像素阵列下面,且两者在同一个晶圆上,但仍有部分是在像素层上的。这样光线就先经过像素层在经过电路,进光量就大大提升了。堆栈CMOS传感器把处理电路和像素阵列分别刻在不同的晶圆上,经过一定的工艺把两个晶圆合在一块,像素阵列在上,处理电路在下。这样进光量会更大,使得在暗的环境中拍摄到亮度更高的照片。
除了提升图像传感器的工艺之外,镜头工艺的提升也是一个方向。在低照度环境下,总是希望更多的光线通过镜头进入图像传感器表面,镜头光圈的大小,决定了通光量的大小,大光圈镜头(F1.0F1.2等)更适合于低照度场景,和小光圈(F16F22等)比起来,可以进入更多的光线,配备大光圈镜头的摄像机在低照度环境下可以获得更优的彩色图像质量。
为了提升摄像机低照度下的彩色图像质量,一般摄像机都会通过改进以上工艺达到目的。但无论是采用超低照度技术的图像传感器还是采用大光圈的镜头,均依赖于环境可见光线,实用性欠佳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种基于光路白平衡的低照度提升装置及低照度提升方法。
为解决上述技术问题,发明采用如下所述的技术方案。一种基于光路白平衡的低照度提升装置,包括红外光模块、滤光片、饱和度处理模块和色调处理模块;
所述红外光模块用于采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
所述滤光片在波长范围860nm~940nm下透过率超过60%,在蓝光的波长范围内透过率超过80%,在绿光的波长范围内透过率低于50%,在红光的波长范围内透过率低于70%;
所述饱和度处理模块和色调处理模块用于处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
优选地,所述滤光片在波长范围860nm~940nm下透过率超过70%。
优选地,所述滤光片在蓝光的波长范围内透过率超过90%。
优选地,所述滤光片在绿光的波长范围内透过率低于40%。
优选地,所述滤光片在红光的波长范围内透过率低于60%。
一种基于光路白平衡的低照度提升方法,包括采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
增强所述红外光的透过率使其达到60%以上,增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到80%以上,抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于50%,抑制在红光的波长范围内透过率使其低于70%;及
处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
优选地,增强所述红外光的透过率使其达到70%以上。
优选地,增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到90%以上,抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于40%,抑制在红光的波长范围内透过率使其低于60%。
优选地,所述处理图像的饱和度为采用查找表和插值的方式进行动态处理。
优选地,所述动态处理采用帧处理或采用点处理。
本发明的有益效果在于:
对摄像机成像场景进行主动式红外补光,从而增加环境的亮度信息;为了满足在可见光和红外光同时在单一图像传感器下感光获得正常的图像信息,需要克服多光谱下色彩难于矫正的问题,因此通过确定滤光片的透过率特性,使得在正常色温下的多光谱成像可以正确还原图像色彩信息;并结合饱和度处理模块及色调处理模块,从而能获得清晰低噪的彩色图像。
附图说明
图1是基于光路白平衡的低照度提升装置的结构示意图。
图2是CMOS图像传感器的感光特性曲线。
图3是普通滤光片的光谱透过曲线。
图4是基于增大红外光范围的透过率后的滤光片的修正曲线。
图5是基于白平衡的方法为了满足R=G=B后的滤光片的修正曲线。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解发明的目的、技术方案和优点,以下结合附图和实施例对发明做进一步的阐述。
实施例一
如图1所示,本发明提供一种基于光路白平衡的低照度提升装置,包括:红外光模块1、滤光片2、饱和度处理模块3和色调处理模块4;
所述红外光模块1用于采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
所述滤光片2在波长范围860nm~940nm下透过率超过60%,在蓝光的波长范围内透过率超过80%,在绿光的波长范围内透过率低于50%,在红光的波长范围内透过率低于70%;
所述饱和度处理模块3和色调处理模块4用于处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
本发明所提供的基于光路白平衡的低照度提升装置利用红外光模块1对摄像机成像场景进行主动式红外补光,从而增加环境的亮度信息;为了满足在可见光和红外光同时在单一图像传感器下感光获得正常的图像信息,需要克服多光谱下色彩难于矫正的问题,因此通过确定滤光片2的透过率特性,使得在正常色温下的多光谱成像可以正确还原图像色彩信息;并结合饱和度处理模块3及色调处理模块4,从而能获得清晰低噪的彩色图像。在这里需要说明的是,所提供的基于光路白平衡的低照度提升装置是基于现有摄像机本身进行使用的,如滤光片2、饱和度处理模块3及色调处理模块4,其中所述饱和度处理模块3、色调处理模块4是属于ISP系统5中的;而红外光模块1则是新增的模块,并且基于新增了红外光模块1从而需要定制滤光片2。
由于是主动补光设备,对透过率要求不需要太严格,滤光片2在波长范围860nm~940nm下透过率超过60%即可满足需求。而如果为了效果更好,优选地,所述滤光片2在波长范围860nm~940nm下透过率超过70%,进一步的是,在波长范围860nm~940nm下透过率超过80%。
为了更好的满足色调不变,优选地,所述滤光片2在蓝光的波长范围内透过率超过90%,也即在波长范围400-450nm下透过率超过90%。优选地,所述滤光片2在绿光的波长范围内透过率低于40%,也即在波长范围492-577nm下透过率低于40%。优选地,所述滤光片2在红光的波长范围内透过率低于60%,也即在波长范围622-760nm下透过率低于60%。为了使滤光片2达到上述的要求,通过改变采用光学干涉原理的镀膜工艺即可。
实施例二
如图2所示,一种基于光路白平衡的低照度提升方法,包括采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
增强所述红外光的透过率使其达到60%以上,增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到80%以上,抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于50%,抑制在红光的波长范围内透过率使其低于70%;及
处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
可以理解,该基于光路白平衡的低照度提升方法可以使用实施例一中所提供的基于光路白平衡的低照度提升装置实现。
优选地,增强所述红外光的透过率使其达到70%以上,也即使得在波长范围860nm~940nm下透过率超过70%。更好的是,增强所述滤光片在波长范围860nm~940nm下的透过率使其达到80%以上。
优选地,增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到90%以上,也即使得在波长范围400-450nm下透过率超过90%;抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于40%,也即使得在波长范围492-577nm下透过率低于40%;抑制在红光的波长范围内透过率使其低于60%,也即使得在波长范围622-760nm下透过率低于60%。
优选地,所述处理图像的饱和度为采用查找表和插值的方式进行动态处理。
优选地,所述动态处理采用帧处理或采用点处理。对于要求不高的场合,采用帧处理,对于要求高的场合,采用点处理。
下面进行进一步的详细说明
为了达到提升低照度下彩色图像效果,该装置需要解决四个主要问题,第一个是选择合适的红外光进行主动式补光,第二个是增强红外光(860nm~940nm)通过率,第三个是基于光学白平衡的色彩还原。第四个ISP系统中饱和度增强。
1、要对成像场景进行主动式红外补光,图2为CMOS图像传感器的感光特性曲线,色彩矫正矩阵公式如下,
rgb为环境可见光的感光值,c1、c2、c3为红外补光的感光值,根据亮度公式,I=(R+G+B)/3,图像的亮度会增加(c1+c2+c3),根据摄像机ISP色彩矫正公式,可以看到当c1=c2=c3时,对图像色调的影响最小,所以要求补光频谱范围内R、G、B三原色像素点感光响应一样,这样就可以尽可能保证摄像机采集的图像的色调不会改变。根据CMOS图像传感器的感光特性,在近红外部分中,波长为860nm~940nm的范围内,图像传感器的R、G、B感光像素的响应程度相同。所以本文中采用波长为860nm~940nm的红外光进行补光。
2、需要增强红外光的通过率,一般的滤光片的光谱透过曲线如图3所示。
根据普通监控摄像机的滤光片的透过特性,光谱的红外部分是全截至的,透过率几乎为零。为了满足c1=c2=c3的条件,主动补光的波长范围为860nm~940nm,所以滤光片也要在相应的范围尽可能的增大透过率,滤光片的修正曲线如图4所示。
3、在判断为白点的区域内,白平衡还原公式如下,
色调的计算公式为,
为了满足色调不变,要求Rgain*c1=c2=Bgain*c3,这样白平衡还原和红外透光就矛盾了,为了克服这种矛盾,本文的系统在光路还原白平衡的方法,根据CMOS图像传感器的感光特性曲线,在基本色温(5500K)下,为了满足R=G=B,滤光片的透过特性修改为图5中所示。
可以看到,曲线中增大了蓝光波段的透过率,抑制了绿光波段和红光波段的透过率,这样在光路就满足了R=G=B,完成了白平衡矫正,这样就保证了后期处理不会影响到摄像机的色调。
4、主要是ISP系统中的色彩处理,主要为色彩饱和度处理。饱和度计算公式如下
可知,在红外补光的情况下,图像的饱和度下降,所以在ISP系统中,增大图像的饱和度,可以满足低照度下彩色图像的色彩还原度。在实际应用中,在标准色温(5500K)下,在等比增益下,对24色卡进行饱和度矫正,采用查找表和插值的方式进行动态处理,色彩可以满足实际使用要求。对于要求不高的场合,采用帧处理,对于要求高的场合,采用点处理。
Claims (10)
1.一种基于光路白平衡的低照度提升装置,其特征在于:包括红外光模块、滤光片、饱和度处理模块和色调处理模块;
所述红外光模块用于采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
所述滤光片在波长范围860nm~940nm下透过率超过60%,在蓝光的波长范围内透过率超过80%,在绿光的波长范围内透过率低于50%,在红光的波长范围内透过率低于70%;
所述饱和度处理模块和色调处理模块用于处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
2.如权利要求1所述的基于光路白平衡的低照度提升装置,其特征在于:所述滤光片在波长范围860nm~940nm下透过率超过70%。
3.如权利要求1所述的基于光路白平衡的低照度提升装置,其特征在于:所述滤光片在蓝光的波长范围内透过率超过90%。
4.如权利要求1所述的基于光路白平衡的低照度提升装置,其特征在于:所述滤光片在绿光的波长范围内透过率低于40%。
5.如权利要求1中所述的基于光路白平衡的低照度提升装置,其特征在于:所述滤光片在红光的波长范围内透过率低于60%。
6.一种基于光路白平衡的低照度提升方法,其特征在于:包括采用波长为860nm~940nm的红外光进行主动补光;
增强所述红外光的透过率使其达到60%以上,增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到80%以上,抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于50%,抑制在红光的波长范围内透过率使其低于70%;及
处理图像的饱和度以获得清晰低噪的彩色图像。
7.如权利要求6所述的基于光路白平衡的低照度提升方法,其特征在于:增强所述红外光的透过率使其达到70%以上。
8.如权利要求6所述的基于光路白平衡的低照度提升方法,其特征在于:增强蓝光的波长范围内的透过率使其达到90%以上,抑制在绿光的波长范围内透过率使其低于40%,抑制在红光的波长范围内透过率使其低于60%。
9.如权利要求6所述的基于光路白平衡的低照度提升方法,其特征在于:所述处理图像的饱和度为采用查找表和插值的方式进行动态处理。
10.如权利要求9所述的基于光路白平衡的低照度提升方法,其特征在于:所述动态处理采用帧处理或采用点处理。
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