CN110933386B - 一种工业相机色彩调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工业相机色彩调整方法，该方法包括：步骤1，在工业相机中获取待处理图像中的原始RGB图像数据，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，其中，饱和度调节矩阵由饱和度参数和图像色彩转换矩阵确定；步骤2，在色相环中选取至少三个基准颜色，依据基准颜色和用户偏好设置中的调节方向，确定色相调节步长和饱和度调节步长，并依次对整体饱和度调节图像进行不同维度的色彩维度调节，生成色彩调节图像。通过本申请中的技术方案，降低了色彩调节过程中的矩阵转换所耗费的系统资源，提高了图像处理速度，减少了图像处理过程中的乘法运算和加法运算，且可由工业相机的可编程门阵列执行，降低工业相机的成本。

Description

一种工业相机色彩调整方法

技术领域

本申请涉及图像处理的技术领域，具体而言，涉及一种工业相机色彩调整方法。

背景技术

由于视觉检测所面对的问题和使用的算法不同，且人体主观感受存在明显差异，工业相机需要提供颜色调节功能，使用户按照自己的需求进行色彩调节。色彩调节当前分为两种：整体色彩调节和不同维度色彩调节，其中，整体色彩调节是为了满足用户对于图像整体饱和度的调节，不同维度色彩调节是针对不同相机、环境和算法的差异，可以选择不同颜色，进行单独的色彩和饱和度调节。

而现有工业相机的图像信号处理(Image Signal Processing，ISP)中，无论是整体色彩调节，还是不同维度色彩调节，需要在YUV空间或者HSL空间上处理，如图1所示。以转换为YUV空间为例，色彩保护度调节处理流程为：将工业相机拍摄到的图像的RGB值转至YUV空间，在YUV空间内进行色彩调节，完成后再转为RGB，输出调节后的图像，在色彩调节过程中，共涉及两次数据转换，需要耗费大量系统资源，对实现该过程中硬件的数据处理性能要求较高，进而增加了工业相机的生产成本。

发明内容

本申请的目的在于：针对工业相机的色彩调节需求，提供一种色调和饱和度的调整方法，以降低色彩调节过程中所占用的系统资源。

本申请第一方面的技术方案是：提供了一种工业相机色彩调整方法，该方法包括：步骤1，在工业相机中获取待处理图像中的原始RGB图像数据，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，其中，饱和度调节矩阵由饱和度参数和图像色彩转换矩阵确定；

步骤2，在色相环中选取至少三个基准颜色，依据基准颜色和用户偏好设置中的调节方向，确定色相调节步长和饱和度调节步长，并依次对整体饱和度调节图像进行色彩维度调节，生成色彩调节图像。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤1中，饱和度调节矩阵的计算公式为：

式中，

为饱和度调节矩阵，

为图像色彩转换矩阵，

为初始饱和度调节矩阵，S为饱和度参数，S∈[0，2]。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤1中，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，具体包括：

步骤11，当判定饱和度参数S的取值为1时，将初始饱和度调节矩阵

中的元素均赋值为0，

当判定饱和度参数S的取值为0时，将饱和度调节矩阵赋值为

否则，将初始饱和度调节矩阵

赋值为

步骤12，根据图像色彩转换矩阵、初始饱和度调节矩阵和饱和度参数，计算饱和度调节矩阵，并结合原始RGB图像数据，生成整体饱和度调节图像。

上述任一项技术方案中，进一步地，在色相环中选取三个基准颜色，步骤2中，具体包括：步骤21，根据调节方向和三个基准颜色，在像素RGB三个分量中确定一个基色分量x₀和一个调节分量x_i，并计算基色分量与调节分量之间的色相调节步长；步骤22，根据色相调节步长，对三个分量中除基色分量外的两个分量进行色相调节，生成第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′，并根据基色分量，生成色相调节图像；步骤23，选取第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′之间数值大的作为修正颜色分量，根据基色分量和修正颜色分量，计算饱和度修正步长，根据饱和度修正步长，对第一色相分量和第二色相分量进行饱和度调节，并生成色彩调节图像。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤2中，还包括：步骤24，在色相环中选取三个协调颜色，依据三个协调颜色和用户偏好设置中的协调方向，对色彩调节图像进行协调调节，生成色彩协调调节图像。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤1中，还包括：根据用户设置参数，依次对初始饱和度调节矩阵中的元素进行修订。

本申请第二方面的技术方案是：提供了一种工业相机，该工业相机获取待处理图像后，根据用户设置的参数，采用如上述第一方面技术方案中任一项所述的工业相机色彩调整方法，对待处理图像进行色彩调节。

本申请的有益效果是：

通过本申请中的技术方案，通过复用图像ISP处理过程中的图像色彩转换矩阵，结合饱和度参数，计算生成饱和度调节矩阵，对待处理图像进行整体饱和度调节，并引入色相调节步长和饱和度调节步长，再进行不同维度的色彩维度调节。通过本申请中的色彩调整方，避免了图像ISP处理过程中，RGB空间矩阵与YUV或者HSL空间矩阵之间的相互转换，降低了运算过程中的乘法运算次数和加法运算次数，特别是降低了图像色彩调节过程中对硬件数据处理性能的要求，使得可以在工业相机的FPGA上，实现对图像进行整体饱和度调节和色彩维度调节，降低了图像处理过程中所耗费的系统资源和硬件成本。

本申请中的技术方案，对于6个色彩(红、绿、蓝、黄、青、品红)的调节，虽然传统算法中也包含了调节步长和调节程度，但传统算法为将RGB空间的数据转为其他颜色空间后，再对色相、饱和度分量进行调节。因此，对计算量对比主要在范围确定和色彩转化的对比。传统算法不饱和调节流程，仅色彩空间的转换和逆转换至少需要18次乘法和12次加法，而本发明的范围确定最多需要6次加减法，大大减少了工业相机内的运算量，提高了图像处理速度。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中色彩调整方法的示意流程图；

图2是根据本申请的一个实施例的工业相机色彩调整方法的示意流程图；

图3是根据本申请的一个实施例的工业相机色彩调节过程的示意图；

图4是根据本申请的一个实施例的饱和度调节矩阵计算的示意图；

图5是根据本申请的一个实施例的红色色相和饱和度调节的流程图；

图6是根据本申请的一个实施例的黄色色相和饱和度调节的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2和图3所示，本实施例提供了一种工业相机色彩调整方法，包括：

步骤1，在工业相机中获取待处理图像中的原始RGB图像数据，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，其中，饱和度调节矩阵由饱和度参数和图像色彩转换矩阵确定；

进一步的，步骤1中，饱和度调节矩阵的计算公式为：

式中，

为饱和度调节矩阵，

为图像色彩转换矩阵，

为初始饱和度调节矩阵，S为饱和度参数，S∈[0，2]。

具体的，原始RGB图像数据的每一个像素均包括RGB三个取值，利用饱和度调节矩阵对每一个像素的RGB取值进行整体调节，实现对待处理图像的整体饱和度调节。

通过上述饱和度调节矩阵的计算，将图像颜色转换矩阵与饱和度系数合成一个矩阵进行处理，提高了图像处理速度，减少FPGA的资源占用，并达到色彩转换和饱和度同时调节的目的。

饱和度调节矩阵采用3x3矩阵来实现，当需要修改待处理图像的饱和度强度时，通过修改饱和度参数S的取值，调节饱和度调节矩阵，实现对待处理图像中像素取值的修改，其中，像素取值的计算公式为：

式中，R_out、G_out和B_out为待处理图像进行整体饱和度调节后的像素输出值，R_in、G_in和B_in为待处理图像中的原始RGB图像数据。

进一步的，步骤1中还包括：根据用户设置参数，依次对初始饱和度调节矩阵中的元素进行修订，其中，修正后的初始饱和度调节矩阵的计算公式为：

R_{in_1}＝1×K_R

R_{in_2}＝1+(R_{in_1}-1)×1.4

R_{in_3}＝1+(R_{in_1}-1)×1.8

G_{in_2}＝1×K_G

G_{in_1}＝1+(G_{in_2}-1)×1.4

G_{in_3}＝1+(G_{in_2}-1)×2.3

B_{in_3}＝1×K_B

B_{in_2}＝1+(B_{in_3}-1)×2

B_{in_1}＝1+(B_{in_3}-1)×2

式中，K_R∈[0.5，1.5]，K_G∈[0.5，1.5]，K_B∈[0.5，1.5]，K_R、K_G和K_B为用户设置参数，其取值增大时，相应颜色饱和度增大。

进一步的，步骤1中，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，具体包括：

步骤11，当判定饱和度参数S的取值为1时，将初始饱和度调节矩阵

中的元素均赋值为0，

当判定饱和度参数S的取值为0时，将饱和度调节矩阵赋值为

否则，将初始饱和度调节矩阵

赋值为

步骤12，根据图像色彩转换矩阵、初始饱和度调节矩阵和饱和度参数，计算饱和度调节矩阵，并结合原始RGB图像数据，生成整体饱和度调节图像。

具体的，如图4所示，饱和度参数S为用户可调节参数，可以根据用户的喜好，在[0，2]的范围内进行选取，以实现对饱和度调节矩阵的调节。当饱和度参数S＝0时，设定将待处理图像调节为黑白图像；当饱和度参数S＝1时，表明此时无需对饱和度调节矩阵进行调节，仅需对待处理图像中的像素进行色彩校正即可。

此处需要说明的是，在工业相机的ISP处理过程中，都存在图像色彩转换矩阵

与像素的每个RGB分量之间的矩阵乘法，而本实施例中，复用该图像色彩转换矩阵，直接将像素的每个RGB分量与饱和度调节矩阵进行相乘，因此，对于工业相机而言，不仅没有新增运算量，还省去了原有ISP处理过程中，空间转换(如YUV空间)算法，至少减少了矩阵运算过程中的19次乘法和12次加法。

优选的，为使本实施例中的色彩调整方法运算速度更快，将浮点数转换为整数处理，运算中所有的数据均放大4096倍取整即可。

更进一步的，根据饱和度调节矩阵和色彩分量取值，生成整体饱和度对照表，根据饱和度参数S、用户设置参数和整体饱和度对照表，通过查表生成整体饱和度调节图像，其中，生成整体饱和度对照表的过程可由可由与工业相机相连的PC端完成，再将整体饱和度对照表回传至工业相机即可，以实现减少乘法器的使用的目的。

步骤2，在色相环中选取至少三个基准颜色，依据基准颜色和用户偏好设置中的调节方向，确定色相调节步长和饱和度调节步长，并依次对整体饱和度调节图像进行不同维度的色彩维度调节，生成色彩调节图像。

具体的，进行色彩维度调节，就是分别对图像中像素点的RGB三个分量的数值单独进行调节。因此，为了将色相环中的所有颜色进行覆盖，在色相环中选取至少三个基准颜色，作为色彩维度调节的基准，如可以选取红、绿、蓝(光三原色)三个基色，也可以将黄、青、品红(色彩三原色)三个基色，还可以选取红、黄、蓝、绿(心理四原色)四个基色。

考虑到，工业相机输出的待处理图像中每个像素均有RGB三个分量构成，结合各颜色RGB三个分量的取值特点，对红、绿、蓝、黄、青、品红、灰七种颜色的RGB取值进行如下说明：

红色：RGB数值中，R分量最大的情况；

绿色：RGB数值中，G分量最大的情况；

蓝色：RGB数值中，B分量最大的情况；

黄色：RGB数值中，B分量最小的情况；

青色：RGB数值中，R分量最小的情况；

品红：RGB数值中，G分量最小的情况；

灰色：相等的情况(R＝G＝B)(此种情况调节色相和饱和度RGB分量不会有任何变化)，其中，色彩三原色青、黄、品红与光三原色红、绿、蓝，在六者在色相环成六芒星状。

在本实施例中进行色彩维度调节时，选取红、绿、蓝作为三个基准颜色，因此，调节方向分为6种，依次为：红色向绿色调节、红色向蓝色调节、绿色向红色调节、绿色向蓝色调节、蓝色向红色调节和蓝色向绿色调节，在进行调节时，调节方向由用户偏好设置确定，因此，确定调节方向之后，计算色相调节步长和饱和度调节步长，分别依次进行色相调节和饱和度调节，而无需转为YUV、HSL等色彩空间后，进行调节，再转回RGB。若选取红、黄、蓝、绿四个基准颜色，则调节方向分为12种：红色向黄色调、红色向绿色调节、红色向蓝色调节、黄色向红色调节、黄色向蓝色调节等等。

进一步的，在色相环中选取三个基准颜色，步骤2中，具体包括：

步骤21，根据调节方向和三个基准颜色，在像素RGB三个分量中确定一个基色分量x₀和一个调节分量x_i，并计算基色分量与调节分量之间的色相调节步长；

具体的，如图5所示，本实施例以图像中的红、绿、蓝三色为例进行说明。根据用户的偏好设置，设定调节方向为将图像中的红色向绿色调节或向蓝色调节，结合像素RGB分量的特点，设定像素中的红色分量为基色分量，

当调节方向为红色向绿色调节时，绿色分量为调节分量，当调节方向为红色向蓝色调节时，蓝色分量为调节分量。为了便于说明，本实施例中将红色向绿色调节时的绿色分量记作第一调节分量x₁，将红色向蓝色调节时的蓝色分量记作第二调节分量x₂。

进一步的，本实施例示出一种色相调节步长的计算方法，具体包括：

当判定用户偏好设置中的调节模式为相对模式时，色相调节范围的计算公式为：

rangel(i)＝x₀-x_i，

式中，x₀为基色分量，i＝1或2，其中，i＝1时，rangel(1)为向第一调节分量x₁调节的色相调节范围，i＝2时，rangel(2)为向第二调节分量x₂调节的色相调节范围；

当判定用户偏好设置为绝对模式时，色相调节范围的计算公式为：

rangel(i)＝2×(x₀-x_i)；

根据色相调节范围和第一预设调节系数n，计算色相调节步长，色相调节步长step(A)的计算公式为：

具体的，本实施例中，选取红色分量作为基色分量，绿色分量为第一调节分量，蓝色分量为第二调节分量，因此，相对模式下的色相调节范围为：

range1＝R-G

range2＝R-B

绝对模式下的色相调节范围为：

range1＝2×(R-G)

range2＝2×(R-B)

需要说明的是，当选择三个以上的基准颜色时，本领域技术人员能够想到的是，依据上述色相调节步长的计算方法，重新计算相应色相调节步长，此处不再赘述。

步骤22，根据色相调节步长，对三个分量中除基色分量外的两个分量进行色相调节，生成第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′，并根据基色分量，生成色相调节图像；

具体的，当将红色分量R作为基色分量时，则根据色相调节步长，对绿色分量个蓝色分量进行调节，对应的计算公式为：

G1＝G-step(A)*(±)m1

B1＝B+step(A)*(±)m1

式中，m1为第一调节系数，其正负号代表调节方向，由用户偏好设置确定。

步骤23，选取第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′之间数值大的作为修正颜色分量，根据基色分量和修正颜色分量，计算饱和度修正步长，根据饱和度修正步长，对第一色相分量和第二色相分量进行饱和度调节，并生成色彩调节图像。

具体的，判断第一色相分量G1(x₁′)和第二色相分量B1(x₂′)之间的大小，当判定第一色相分量G1大于或等于第二色相分量B1时，将第一色相分量G1作为修正颜色，此时，饱和度修正步长的计算公式为：

当判定第一色相分量G1小于第二色相分量B1时，将第二色相分量B1作为修正颜色，此时，饱和度修正步长的计算公式为：

式中，n2为第二预设调节系数。

待确定饱和度修正步长后，对第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′进行饱和度调节，生成第一饱和度分量x₁″(绿色饱和度分量G_out)和第二饱和度分量x₂″(蓝色饱和度分量B_out)，对应的计算公式为：

G_out＝G1-step(B)*(±)m2

B_out＝B1+step(B)*(±)m2

式中，m2为第二调节系数，其正负号代表调节方向，由用户偏好设置确定。

进而，结合基色分量R、绿色饱和度分量G_out和蓝色饱和度分量B_out，生成当前像素的色彩调节图像。

进一步的，步骤2中，还包括：

步骤24，在色相环中选取三个协调颜色，依据三个协调颜色和用户偏好设置中的协调方向，对色彩调节图像进行协调调节，生成色彩协调调节图像，其中，对色彩调节图像进行协调调节，生成色彩协调调节图像，具体包括：

步骤A，根据协调方向和三个协调颜色，在像素RGB三个分量中确定一个基色协调分量x₀′和一个协调调节分量x_i′，并计算基色协调分量与协调调节分量之间的色相协调调节步长；

步骤B，根据色相协调调节步长，对三个分量中除基色协调分量外的两个分量进行色相协调调节，生成第一色相协调分量x₁″和第二色相协调分量x₂″，并根据基色协调分量，生成色相协调调节图像；

具体的，与步骤21和步骤22相似，确定的色相协调调节步长step(C)的计算公式为：

rangel(i)′＝x₀′-x_i′，或，

rangel(i)′＝2×(x₀′-x_i′)。

如图6所示，将青、黄、品红作为三个协调颜色，对应的协调方向同样分为6种，当设定协调方向为黄色向青色或黄色向品红调整时，由于黄色中的B′分量取值最小，设定B′分量为基色协调分量x₀′，则黄色中的R′分量或G′分量为协调调节分量x_i′，确定色相协调调节步长step(C)后，对R′分量和G′分量进行调节，生成第一色相协调分量x₁″(R1′)和第二色相协调分量x₂″(G1′)。由B′、R1′和G1′组成色相协调调节图像。

步骤C，选取第一色相协调分量x₁″和第二色相协调分量x₂″之间数值大的作为修正颜色协调分量，根据基色协调分量x₀′和修正颜色协调分量，计算饱和度修正协调步长，根据饱和度修正协调步长，对基色协调分量x₁″进行饱和度协调调节，并生成色彩协调调节图像。

具体的，待计算出B′、R1′和G1′后，在R1′和G1′中选取数值较大的作为修正颜色协调分量，与步骤23相类似，确定饱和度修正协调步长，具体过程不再赘述，根据饱和度修正协调步长对基色协调分量B′进行调节，生成第三色相协调分量B_out′，结合B_out′、R1′和G1′，生成色彩协调调节图像。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种工业相机色彩调整方法，包括：步骤1，在工业相机中获取待处理图像中的原始RGB图像数据，计算原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，其中，饱和度调节矩阵由饱和度参数和图像色彩转换矩阵确定；步骤2，在色相环中选取三个基准颜色，依据三个基准颜色和用户偏好设置中的调节方向，确定色相调节步长和饱和度调节步长，并依次对整体饱和度调节图像进行色彩维度调节，生成色彩调节图像。通过本申请中的技术方案，降低了色彩调节过程中的矩阵转换所耗费的系统资源，提高了图像处理速度，减少了图像处理过程中的乘法运算和加法运算，且可由工业相机的可编程门阵列执行，降低工业相机的成本。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调节、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (4)

1.一种工业相机色彩调整方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，在所述工业相机中获取待处理图像中的原始RGB图像数据，计算所述原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，其中，所述饱和度调节矩阵由饱和度参数和图像色彩转换矩阵确定，计算所述原始RGB图像数据与饱和度调节矩阵的乘积，生成整体饱和度调节图像，具体包括：

步骤11，当判定所述饱和度参数S的取值为1时，将初始饱和度调节矩阵

中的元素均赋值为0，

当判定所述饱和度参数S的取值为0时，将所述饱和度调节矩阵赋值为

否则，将所述初始饱和度调节矩阵

赋值为

步骤12，根据所述图像色彩转换矩阵、所述初始饱和度调节矩阵和所述饱和度参数，计算所述饱和度调节矩阵，并结合所述原始RGB图像数据，生成所述整体饱和度调节图像，其中，所述饱和度调节矩阵的计算公式为：

式中，

为所述饱和度调节矩阵，

为所述图像色彩转换矩阵，

为初始饱和度调节矩阵，S为饱和度参数，S∈[0，2]；

步骤2，在色相环中选取至少三个基准颜色，依据所述基准颜色和用户偏好设置中的调节方向，确定色相调节步长和饱和度调节步长，并依次对所述整体饱和度调节图像进行色彩维度调节，生成色彩调节图像。

2.如权利要求1所述的工业相机色彩调整方法，其特征在于，在色相环中选取三个基准颜色，步骤2中，具体包括：

步骤21，根据所述调节方向和三个所述基准颜色，在像素RGB三个分量中确定一个基色分量x₀和一个调节分量x_i，并计算所述基色分量与所述调节分量之间的色相调节步长；

步骤22，根据所述色相调节步长，对三个分量中除所述基色分量外的两个分量进行色相调节，生成第一色相分量x₁′和第二色相分量x₂′，并根据所述基色分量，生成色相调节图像；

步骤23，选取所述第一色相分量x₁′和所述第二色相分量x₂′之间数值大的作为修正颜色分量，根据所述基色分量和所述修正颜色分量，计算饱和度修正步长，根据所述饱和度修正步长，对所述第一色相分量和所述第二色相分量进行饱和度调节，并生成所述色彩调节图像。

3.如权利要求2所述的工业相机色彩调整方法，其特征在于，步骤2中，还包括：

步骤24，在色相环中选取三个协调颜色，依据三个所述协调颜色和所述用户偏好设置中的协调方向，对所述色彩调节图像进行协调调节，生成色彩协调调节图像。

4.如权利要求1所述的工业相机色彩调整方法，其特征在于，步骤1中，还包括：根据用户设置参数，依次对所述初始饱和度调节矩阵中的元素进行修订。

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