CN111836029B - 一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端 - Google Patents

一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端,包括以下步骤:获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域;基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益。本发明的基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端基于色域映射算法有效地约束离散的中性点分布,并在场景不存在中性色时给出相对合理的白平衡增益系数,从而极大地提高了白平衡调整的准确性。

Description

一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端
技术领域
本发明涉及白平衡调整的技术领域,特别是涉及一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端。
背景技术
白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。白平衡是电视摄像领域一个非常重要的概念,通过它可以解决色彩还原和色调处理的一系列问题。白平衡是随着电子影像再现色彩真实而产生的,能够使摄像机图像精确反映被摄物的色彩状况。
调整白平衡的过程叫做白平衡调整。白平衡调整在前期设备上一般有三种方式:预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。通常按照白平衡调整的程序,推动白平衡的调整开关,白平衡调整电路开始工作,自动完成调校工作,并记录调校结果。
现有技术中,数码相机中白平衡调整原理是:找到画面中的中性点,把这些点矫正成中性状态。然而,对于大部分场景中,由于光源的复杂性,中性点的分布很离散,并不会集中分布在某个标定光源区域内,或者也有很多不存在中性色表面的场景。因此,上述白平衡调整方法容易出现偏差甚至异常。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端,基于色域映射算法有效地约束离散的中性点分布,并在场景不存在中性色时给出相对合理的白平衡增益系数,从而极大地提高了白平衡调整的准确性。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种基于色域映射的白平衡调整方法,包括以下步骤:获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域;基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
于本发明一实施例中,基于实验数据获取白点区域包括以下步骤:
获取各个标准光源下不同色温的空间坐标;
将所述空间坐标拟合成一条矫正曲线;
基于所述矫正曲线的四周的切线段构建成所述白点区域。
于本发明一实施例中,基于实验数据获取标准色域包括以下步骤:
计算预设数量的反射光谱下的物体三通道响应值;
获取所述物体三通道响应值在R/G-B/G平面上对应的分布点;
获取所有的分布点的最小外凸多边形作为所述标准色域。
于本发明一实施例中,基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域包括以下步骤:
对所述目标图像进行下采样;
将下采样后的目标图像的每个像素映射至R/G-B/G平面;
获取映射得到的所有点的最小外凸多边形作为所述目标图像色域。
于本发明一实施例中,计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域包括以下步骤:
对于所述目标图像色域的每个顶点,分别映射至所述标准色域的每个顶点,并由映射点构成一个多边形;
获取所有多边形的交集作为所述增益色域。
于本发明一实施例中,将所述目标图像色域的顶点映射至所述标准色域的顶点时,计算所述目标图像色域的顶点相较于所述标准色域的顶点的红色增益和蓝色增益,并将所述红色增益和所述蓝色增益作为所述映射点的坐标。
对应地,本发明提供一种基于色域映射的白平衡调整系统,包括第一获取模块、第二获取模块、计算模块、第三获取模块和处理模块;
所述第一获取模块用于获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域;
所述第二获取模块用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;
所述计算模块用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;
所述第三获取模块用于获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;
所述处理模块用于若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
本发明提供一种白平衡终端,包括处理器及存储器;
所述存储器用于存储计算机程序;
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序,以使所述白平衡终端执行上述的基于色域映射的白平衡调整方法。
最后,本发明提供一种基于色域映射的白平衡调整系统,包括上述的白平衡终端、图像采集装置和标定终端;
所述标定终端用于基于实验数据获取白点区域和标准色域,并将所述白点区域和所述标准色域发送至所述白平衡终端;
所述图像采集装置用于采集目标图像并发送至所述白平衡终端。
于本发明一实施例中,所述白平衡终端包括图像协处理器和图像处理器;所述图像协处理器用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;所述图像处理器用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;以及在所述有效增益区域为空时采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数,在所述有效增益区域不为空时基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
如上所述,本发明的基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端,具有以下有益效果:
(1)在光源复杂,多种色温同时存在的场景,基于色域映射算法有效地约束了离散的中性点分布;
(2)当场景不存在中性色时,基于色域映射能够给出相对合理的白平衡增益系数;
(3)极大地提高了白平衡调整的准确性;
(4)将3D模型下的色域映射思维应用到自动白平衡Rgain(红色增益)、Bgain(蓝色增益)的二维空间,大大减少计算量,节约了系统资源;将目标图像的色域从Rgain、Bgain空间映射到标准色域上,产生的交集能够提高白平衡统计白点的准确性;
(5)色域映射算法除了可以在Rgain、Bgain空间映射,还可以在XYZ、YUV等简化的二维空间使用。
附图说明
图1显示为本发明的基于色域映射的白平衡调整方法于一实施例中的流程图;
图2显示为本发明中R/G-B/G平面中的标准色域于一实施例中的示意图;
图3显示为本发明中目标图像色域于一实施例中的示意图;
图4显示为本发明的a点对应的多边形于一实施例中的示意图;
图5显示为本发明中增益色域于一实施例中的示意图;
图6显示为本发明中有效增益色域于一实施例中的示意图;
图7显示为本发明的基于色域映射的白平衡调整系统于一实施例中的结构示意图;
图8显示为本发明的白平衡终端于一实施例中的结构示意图;
图9显示为本发明的基于色域映射的白平衡调整系统于另一实施例中的结构示意图;
图10显示为本发明的基于色域映射的白平衡调整系统于又一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
71 第一获取模块
72 第二获取模块
73 计算模块
74 第三获取模块
75 处理模块
81 处理器
82 存储器
91 白平衡终端
92 图像采集装置
93 标定终端
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端将3D模型下的色域映射思维应用到自动白平衡Rgain、Bgain的二维空间,有效地约束离散的中性点分布,并在场景不存在中性色时给出相对合理的白平衡增益系数,从而极大地提高了白平衡调整的准确性,降低了系统计算复杂度。
如图1所示,于一实施例中,本发明的基于色域映射的白平衡调整方法包括以下步骤:
步骤S1、获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域。
具体地,在进行白平衡调整之前,需预先基于实验数据来获取白点区域和标准色域。
于本发明一实施例中,基于实验数据获取白点区域包括以下步骤:
A)获取各个标准光源下不同色温的空间坐标。
具体地,在实验室环境下,对于不同的标准光源确定不同色温在当前空间的坐标。
B)将所述空间坐标拟合成一条矫正曲线。
C)基于所述矫正曲线的四周的切线段构建成所述白点区域。
具体地,标定R/G-B/G平面,并在所述矫正曲线的四周设置外切线,所有外切线围成的区域为所述白色区域τ(w)。
于本发明一实施例中,基于实验数据获取标准色域包括以下步骤:
a)计算预设数量的反射光谱下的物体三通道响应值。
具体地,摄像机物体表面三通道响应公式如下:
ρk(X)=∫ΩE(λ)S(λ,X)RK(λ)dλ,k∈{R,G,B}
其中,E(λ)为λ波长的光功率分布,S为空间位置X的反射比,Rk为R,G,B三通道到响应值。
所收集实测的9247种反射光谱基本覆盖了日常拍摄可能出现的色域范围。基于上述公式计算9247种反射光谱下的物体三通道响应值。
b)获取所述物体三通道响应值在R/G-B/G平面上对应的分布点。
具体地,将所述物体三通道响应值换算为R/G-B/G平面上对应的分布点。其中,换算时,将R通道响应值除以G通道响应值,B通道响应值除以G通道响应值,即可得到R/G-B/G平面上对应的分布点。
c)如图2所示,获取所有的分布点的最小外凸多边形作为R/G-B/G平面中的所述标准色域τ(C)。
步骤S2、基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域。
具体地,当摄像头采集到目标图像后,需要确定目标图像色域。由于所述目标图像中每个像素对应R/G-B/G平面上的一个点,而白平衡调整仅仅关心包围这些散点的外边界而非散点内部的分布情况,故只需要对所述目标图像的下采样图像进行统计即可。于本发明一实施例中,基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域包括以下步骤:
21)对所述目标图像进行下采样。
22)将下采样后的目标图像的每个像素映射至R/G-B/G平面。
23)如图3所示,获取映射得到的所有点的最小外凸多边形abc作为所述目标图像色域τ(I)。
步骤S3、计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域。
具体地,增益色域为目标图像的色域组成的多边形的凸点,在标准色域里面映射后产生的交集,该交集用于限定白点区域,只有落在改交集里面的白点才认为具有真正意义的白点。
其中,对于目标图像色域τ(I)中一个顶点a以及标准色域τ(C)中一个顶点A,能够求得一个Rgain->A、Bgain->A增益对,满足:rA=Rgain->A.ra和bA=Rgain->A.ba。对于标准色域τ(C)中的其他顶点B、C、…,同样也能计算出若干个增益对[Rgain->B,Bgain->B]、[Rgain->C,Bgain->C]、…其中,Rgain->A是指标准色域顶点A的R响应除以G通道响应。Bgain->A是指标准色域顶点A的B通道响应除以G通道响应。ra和ba分别是目标图像色域的顶点a的R和B增益值;Ra和Ba分别是标准色域的顶点A的R和B增益值。因此,如图4所示,可以把目标色域τ(I)中的顶点a映射到标准色域τ(C)中的所有顶点上,从而映射出一个多边形。
于本发明一实施例中,计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域包括以下步骤:
31)对于所述目标图像色域的每个顶点,分别映射至所述标准色域的每个顶点,并由映射点构成一个多边形。
具体地,将所述目标图像色域τ(I)中的所有顶点在所述标准色域τ(C)上映射出一个多边形τabc…。于本发明一实施例中,将所述目标图像色域的顶点映射至所述标准色域的顶点时,计算所述目标图像色域的顶点相较于所述标准色域的顶点的红色增益和蓝色增益,并将所述红色增益和所述蓝色增益作为所述映射点的坐标。
32)获取所有多边形的交集作为所述增益色域。
具体地,如图5所示,求取所有多边形的交集,便得到所述增益色域τ,即虚线围成的区域。
步骤S4、获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域。
具体地,如图6所示,对所述增益色域τ与所述白点区域τ(w)求取交集,便可得到所述有效增益区域τ(e),即τ(e)=τ∩τ(w)。
步骤S5、若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
具体地,若所述有效增益区域为空,采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数,从而提高白平衡调整的准确性。若所述有效增益区域不为空,基于所述有效增益区域计算白平衡增益,从而可以有效约束离散的中性点分布。
如图7所示,于一实施例中,本发明的基于色域映射的白平衡调整系统包括第一获取模块71、第二获取模块72、计算模块73、第三获取模块74和处理模块75。
所述第一获取模块71用于获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域。
所述第二获取模块72用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域。
所述计算模块73与所述第一获取模块71和所述第二获取模块72相连,用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域。
所述第三获取模块74与所述第一获取模块71和所述计算模块73相连,用于获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域。
所述处理模块75与所述第三获取模块74相连,用于若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
需要说明的是,第一获取模块71、第二获取模块72、计算模块73、第三获取模块74和处理模块75的结构和原理与上述基于色域映射的白平衡调整方法中的步骤一一对应,故在此不再赘述。
需要说明的是,应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分,实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上,也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现,也可以全部以硬件的形式实现,还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现,部分模块通过硬件的形式实现。例如:x模块可以为单独设立的处理元件,也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外,x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中,由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起,也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路,例如:一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC),一个或多个微处理器(Digital Singnal Processor,简称DSP),一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时,该处理元件可以是通用处理器,如中央处理器(CentralProcessing Unit,简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起,以片上系统(System-on-a-chip,简称SOC)的形式实现。
如图8所示,于一实施例中,本发明的白平衡终端包括:处理器81及存储器82。
所述存储器82用于存储计算机程序。
所述存储器82包括:ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器81与所述存储器82相连,用于执行所述存储器32存储的计算机程序,以使所述白平衡终端执行上述的基于色域映射的白平衡调整方法。
优选地,所述处理器81可以是通用处理器,包括中央处理器(Central ProcessingUnit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
如图9所示,于一实施例中,本发明的基于色域映射的白平衡调整系统包括上述的白平衡终端91、图像采集装置92和标定终端93。
所述标定终端93与所述白平衡终端91相连,用于基于实验数据获取白点区域和标准色域,并将所述白点区域和所述标准色域发送至所述白平衡终端91。
所述图像采集装置92与所述白平衡终端91相连,用于采集目标图像并发送至所述白平衡终端91。
于本发明一实施例中,如图10所示,所述白平衡终端91包括图像协处理器(如DSP)和图像处理器(如CPU)。所述图像协处理器用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;所述图像处理器用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;以及在所述有效增益区域为空时采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数,在所述有效增益区域不为空时基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
优选地,所述白平衡终端91还用于显示白平衡调整后的图像。
综上所述,本发明的基于色域映射的白平衡调整方法、系统及白平衡终端在光源复杂,多种色温同时存在的场景,基于色域映射算法有效地约束了离散的中性点分布;当场景不存在中性色时,基于色域映射能够给出相对合理的白平衡增益系数;极大地提高了白平衡调整的准确性;将3D模型下的色域映射思维应用到自动白平衡Rgain、Bgain的二维空间,大大减少计算量,节约了系统资源;将目标图像的色域从Rgain、Bgain空间映射到标准色域上,产生的交集能够提高白平衡统计白点的准确性;色域映射算法除了可以在Rgain、Bgain空间映射,还可以在XYZ、YUV等简化的二维空间使用。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于色域映射的白平衡调整方法,其特征在于:包括以下步骤:
获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域;
基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;
计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;
获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;
若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益;
计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域包括以下步骤:
对于所述目标图像色域的每个顶点,分别映射至所述标准色域的每个顶点,并由映射点构成一个多边形;
获取所有多边形的交集作为所述增益色域。
2.根据权利要求1所述的基于色域映射的白平衡调整方法,其特征在于:基于实验数据获取白点区域包括以下步骤:
获取各个标准光源下不同色温的空间坐标;
将所述空间坐标拟合成一条矫正曲线;
基于所述矫正曲线的四周的切线段构建成所述白点区域。
3.根据权利要求1所述的基于色域映射的白平衡调整方法,其特征在于:基于实验数据获取标准色域包括以下步骤:
计算预设数量的反射光谱下的物体三通道响应值;
获取所述物体三通道响应值在R/G-B/G平面上对应的分布点;
获取所有的分布点的最小外凸多边形作为所述标准色域。
4.根据权利要求1所述的基于色域映射的白平衡调整方法,其特征在于:基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域包括以下步骤:
对所述目标图像进行下采样;
将下采样后的目标图像的每个像素映射至R/G-B/G平面;
获取映射得到的所有点的最小外凸多边形作为所述目标图像色域。
5.根据权利要求1所述的基于色域映射的白平衡调整方法,其特征在于:将所述目标图像色域的顶点映射至所述标准色域的顶点时,计算所述目标图像色域的顶点相较于所述标准色域的顶点的红色增益和蓝色增益,并将所述红色增益和所述蓝色增益作为所述映射点的坐标。
6.一种基于色域映射的白平衡调整系统,其特征在于:包括第一获取模块、第二获取模块、计算模块、第三获取模块和处理模块;
所述第一获取模块用于获取基于实验数据得到的白点区域和标准色域;
所述第二获取模块用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;
所述计算模块用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;
所述第三获取模块用于获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;
所述处理模块用于若所述有效增益区域为空,则采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数;若所述有效增益区域不为空,则基于所述有效增益区域计算白平衡增益;
计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域包括以下步骤:
对于所述目标图像色域的每个顶点,分别映射至所述标准色域的每个顶点,并由映射点构成一个多边形;
获取所有多边形的交集作为所述增益色域。
7.一种白平衡终端,其特征在于:包括处理器及存储器;
所述存储器用于存储计算机程序;
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序,以使所述白平衡终端执行权利要求1至5中任一项所述的基于色域映射的白平衡调整方法。
8.一种基于色域映射的白平衡调整系统,其特征在于:包括权利要求7所述的白平衡终端、图像采集装置和标定终端;
所述标定终端用于基于实验数据获取白点区域和标准色域,并将所述白点区域和所述标准色域发送至所述白平衡终端;
所述图像采集装置用于采集目标图像并发送至所述白平衡终端。
9.根据权利要求8所述的基于色域映射的白平衡调整系统,其特征在于:所述白平衡终端包括图像协处理器和图像处理器;所述图像协处理器用于基于摄像头采集的目标图像获取目标图像色域;所述图像处理器用于计算所述目标图像色域相对于所述标准色域的增益色域;获取所述白点区域和所述增益色域的交集,得到有效增益区域;以及在所述有效增益区域为空时采用所述增益色域的重心点作为白平衡增益系数,在所述有效增益区域不为空时基于所述有效增益区域计算白平衡增益。
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