CN113365035A - 一种图像色彩还原的校准系统 - Google Patents

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CN113365035A CN202010144512.0A CN202010144512A CN113365035A CN 113365035 A CN113365035 A CN 113365035A CN 202010144512 A CN202010144512 A CN 202010144512A CN 113365035 A CN113365035 A CN 113365035A
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Abstract

本发明提供一种图像色彩还原的校准系统，所述系统包括：获取单元，用于获取RGB‑IR图像的RGB三通道和IR通道的数据信息；计算单元，用于计算整幅图像IR分量的均值，根据当前图像的IR分量均值，通过线性插值获取对应的RGB‑IR映射表，其中RGB‑IR映射表存储RGB三通道对应所减IR分量的关系；提取单元，用于提取RGB‑IR图像中RGB三通道和IR像素的数值；处理单元，用于消除IR分量对RGB三通道的干扰，得到校准后的RGB图像。不需要额外的设备，简单的系统结构即可解决RGB‑IR图像中IR分量对RGB各通道的干扰，还原图像真实颜色。

Description

一种图像色彩还原的校准系统
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，涉及一种图像色彩还原的校准系统。
背景技术
随着科技的不断发展，视频与图像技术也有了飞速的发展。各类图像处理的技术和系统让图像的显示更趋于人眼的所见即所得。快速的地理图像信息的同时能够避免失真的技术也成为本领域内被深入研究的问题。特别地，图像传感器在不同环境色温下拍摄图像，环境中的红外光对RGB分量的准确性造成影响，产生偏色问题。为解决这一问题，目前业界广泛采用的方法是给摄像机配置IR-CUT机械装置(光学双滤光片：红外截止滤光片和全透滤光片)，在环境照度高(比如白天)时开启红外截止滤光片，通过光学滤镜消除红外光对RGB通道的干扰；在环境照度低(比如夜间)时开启全透滤光片且开启红外光源，利用RGB通道对红外光的响应增强图像质量。但是缺点是需要购置额外的IR-CUT，增加硬件成本。RGBIR是一种新的滤镜(色彩滤波阵列，Color Filter Array，简称CFA)排列方式，和传统图像传感器的Bayer格式滤镜排列方式相比，将Bayer格式的部分颜色通道滤镜换成红外滤镜(Infra Red，简称IR)，能同时感应可见光和非可见光。但是由于IR波段的红外光会被RGB通道吸收，在拍摄图像时导致图像的颜色失真，因而需要对RGB通道的图像数据分析与处理，校准到真实的RGB数值。
现有技术中，常用的技术术语如下：
RGB-IR图像传感器：一种新的滤镜(色彩滤波阵列，Color Filter Array，简称CFA)排列方式，和传统图像传感器的Bayer格式滤镜排列方式相比，将Bayer格式的部分颜色通道滤镜换成红外滤镜(Infra Red，简称IR)，能同时感应可见光和非可见光。
IR-CUT机械装置：给摄像机配置IR-CUT机械装置(光学双滤光片：红外截止滤光片和全透滤光片)，在环境照度高(比如白天)时开启红外截止滤光片，通过光学滤镜消除红外光对RGB通道的干扰；在环境照度低(比如夜间)时开启全透滤光片且开启红外光源，利用RGB通道对红外光的响应增强图像质量。
标准光源：由CIE规定的其辐射近似CIE标准照明体的人造光源。
现有的解决红外IR波对RGB通道影响的系统，存在的问题是：
1.采用的IR-CUT机械装置滤除红外光，缺点是需要购置额外的IR-CUT，增加硬件成本，且遇到震动或者低温等，容易出现故障。
2.采用的RGB-IR图像传感器，由于IR波段的红外光会被RGB通道吸收，在拍摄图像时导致图像的颜色失真。
发明内容
为了解决上述问题，特别是解决RGB-IR图像传感器的现有技术问题，本发明的目的在于：提出了一种图像色彩还原的校准系统，1、解决RGB-IR图像中IR分量对RGB各通道的干扰，还原图像真实颜色。2、不需要额外的设备，简单的系统结构即可解决现有技术中的问题。
具体地，本发明提供一种图像色彩还原的校准系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取RGB-IR图像的RGB三通道和IR通道的数据信息；
计算单元，用于计算整幅图像IR分量的均值，根据当前图像的IR分量均值，通过线性插值获取对应的RGB-IR映射表，其中RGB-IR映射表存储RGB三通道对应所减IR分量的关系；
提取单元，用于提取RGB-IR图像中RGB三通道和IR像素的数值；
处理单元，用于消除IR分量对RGB三通道的干扰，得到校准后的RGB图像。
所述的获取单元，通过输入RGB-IR图像，提取R通道，G通道，B通道和IR通道的数据，计算整幅图像IR分量的均值。
所述的计算单元中的RGB-IR映射表根据图像IR分量的情况，分为高、中、低三张映射表，分别记为H-table、M-table、L-table，分别对应IR分量的高、中、低。
所述的处理单元是根据提取的IR像素的数值查RGB-IR映射表，将RGB数值减去对应位置的IR像素分量，得到RGB校准后的图像。
所述的获取对应的RGB-IR映射表的计算方法包括：
1)在7种标准光源下，通过RGB-IR摄像头拍摄标准爱色丽24色色卡的7幅图像；
2)对7种标准光源下，统计该幅图像第19至24块的一定范围区域像素的R、G、B和IR均值，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；
设定RGB与IR分量的关系式：
Ra＝Rb-α*IR
Ga＝Gb-β*IR (1)
Ba＝Bb-γ*IR
其中α、β和γ是消除对应IR分量的系数，Rb、Gb和Bb是原始图像的RGB通道数值，Ra、Ga和Ba是去除IR图像的RGB通道数值，IR为RGB通道对应的红外分量；
公式(1)中系数α间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；β间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；γ间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；将α、β和γ随机组合，共有10013个组合L1；
根据以下步骤和限制条件筛选α、β和γ组合L2：
①根据式(1)，分别计算7种光源下消除IR影响后的Rb、Gb和Bb三通道数值；
②对于以上各种光源，同时满足Rb、Gb和Bb大于0；
③对于以上各种光源，同时满足Rb/Gb<Bb/Gb。
计算H-table、M-table、L-table映射表：
①M-table映射表采用D65光源，分别统计该幅图像第19至24块，即6个灰色块的一定范围区域像素的RD65an、GD65an、BD65an和IRD65an均值，n是色块标记，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；根据式(1)，分别计算消除IR影响后各色块的RD65bn、GD65bn和BD65bn三通道数值；
②计算L2组合中，满足使等式
abs(RD65b1-GD65b1)+abs(RD65b1-BD65b1)+abs(GD65b1-BD65b1)+abs(RD65b2-GD65b2)+abs(RD65b2-BD65b2)+abs(GD65b2-BD65b2)+abs(RD65b3-GD65b3)+abs(RD65b3-BD65b3)+abs(GD65b3-BD65b3)+abs(RD65b4-GD65b4)+abs(RD65b4-BD65b4)+abs(GD65b4-BD65b4)+abs(RD65b5-GD65b5)+abs(RD65b5-BD65b5)+abs(GD65b5-BD65b6)+abs(RD65b6-GD65b6)+abs(RD65b6-BD65b6)+abs(GD65b6-BD65b6)
取最小值的组合L3，且为一组；其中abs是绝对值；
③以α*IR为纵轴，以IR为横轴，IR间隔N取数，范围是[0,4095]，构建M-table映射表；
④H-table映射表采用A光源，L-table映射表采用TL84光源，计算方法依照D65光源所述步骤；
3)设定图像IR阈值t1,t2,t3,t4，计算当前图像的IR分量均值对应的映射表：
如果0＝<IR<＝t1，则选择L-table映射表；
如果t1<IR<＝t2，则L-table和M-table线性插值获取映射表；
如果t2<IR<＝t3，则选择M-table映射表；
如果t3<IR<＝t4，则M-table和H-table线性插值获取映射表；
如果IR>＝t4，则选择H-table映射表。
所述的7种标准光源为D65，D50，TL84，CWF，U30，A，Hz。
所述对7种标准光源下，统计该幅图像第19至24块的一定范围区域像素的R、G、B和IR均值，分别为：
对D65光源下，统计该幅图像第19至24块，即6个灰色块的一定范围区域像素的RD65、GD65、BD65和IRD65均值，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；
其他光源依照D65光源统计方法，分别得到：
D50光源：RD50、GD50、BD50和IRD50均值，
TL84光源：RTL84、GTL84、BTL84和IRTL84均值，
CWF光源：RCWF、GCWF、BCWF和IRCWF均值，
U30光源：RU30、GU30、BU30和IRU30均值，
A光源：RA、GA、BA和IRA均值，
Hz光源：RHz、GHz、BHz和IRHz均值。
所述的Rb/Gb<Bb/Gb包括：
对D65光源：RD65b/GD65b<BD65b/GD65b；
对U30光源：RU30b/GU30b>BU30b/GU30b；
对A光源：RAb/GAb>BAb/GAb；
对Hz光源：RHzb/GHzb>BHzb/GHzb。
由此，本申请的优势在于：采用本系统能够在不需要IR-CUT机械装置的同时，获取RGB图像(白天效果)和IR图像(夜视效果)，并消除红外光IR对RGB通道的干扰，恢复真实的色彩图像。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。
图1是本发明所述系统的示意框图。
图2是本发明所述系统应用的方法的流程框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容及优点，现结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
爱色丽标准24色色卡(标准型)，是一种用来颜色检测的工具。
标准光源包括：D65，D50，TL84，CWF，U30，A，Hz等，举例来说：
D65国际标准人工日光(Artificial Daylight)色温：6500K功率：18W；
TL84欧洲、日本、中国商店光源色温：4000K功率：18W；
CWF美国冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色温：4150K功率：20W；
模拟日光D65、D75、D50，模拟商店展示厅灯光TL84、CWF、U30。如图1所示，本发明涉及了一种图像色彩还原的校准系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取RGB-IR图像的RGB三通道和IR通道的数据信息；
计算单元，用于计算整幅图像IR分量的均值，根据当前图像的IR分量均值，通过线性插值获取对应的RGB-IR映射表，其中RGB-IR映射表存储RGB三通道对应所减IR分量的关系；
提取单元，用于提取RGB-IR图像中RGB三通道和IR像素的数值；
处理单元，用于消除IR分量对RGB三通道的干扰，得到校准后的RGB图像。
所述的获取单元，通过输入RGB-IR图像，提取R通道，G通道，B通道和IR通道的数据，计算整幅图像IR分量的均值。
所述的计算单元中的RGB-IR映射表根据图像IR分量的情况，分为高、中、低三张映射表，分别记为H-table、M-table、L-table，分别对应IR分量的高、中、低。
所述的处理单元是根据提取的IR像素的数值查RGB-IR映射表，将RGB数值减去对应位置的IR像素分量，得到RGB校准后的图像。
具体地，如图2所示，本发明所述系统所应用的方法的步骤可以表示为如下：
S1，获取RGB-IR图像和RGB-IR映射表，其中RGB-IR映射表存储RGB三通道对应所减IR分量的关系；
S2，提取RGB-IR图像中RGB三通道和IR像素的数值；
S3，根据提取的IR像素的数值查RGB-IR映射表，将RGB数值减去对应位置的IR像素分量，得到RGB校准后的图像。
所述方法具体实施方案：
1.输入RGB-IR图像，提取R通道，G通道，B通道和IR通道的数据，计算整幅图像IR分量的均值。
2.根据当前图像的IR分量均值，通过线性插值获取对应的RGB-IR映射表，所述RGB-IR映射表的计算方法如下：
1).RGB-IR映射表根据图像IR分量的情况，分为高(H-table)、中(M-table)、低(L-table)三张映射表，分别对应IR分量高、中、低。
2).RGB-IR映射表计算方法：
标准光源(D65，D50，TL84，CWF，U30，A，Hz)下，通过RGB-IR摄像头拍摄标准爱色丽24色色卡的7幅图像。
对D65光源下，统计该幅图像第19至24块(即6个灰色块)的一定范围区域像素的RD65、GD65、BD65和IRD65均值，其中不统计过暗和过亮的像素(即亮度Y取直范围[10,240])。
其他光源依照D65光源统计方法，分别得到：D50光源：RD50、GD50、BD50和IRD50均值，TL84光源：RTL84、GTL84、BTL84和IRTL84均值，CWF光源：RCWF、GCWF、BCWF和IRCWF均值，U30光源：RU30、GU30、BU30和IRU30均值，A光源：RA、GA、BA和IRA均值，Hz光源：RHz、GHz、BHz和IRHz均值。
设定RGB与IR分量的关系式：
Ra＝Rb-α*IR
Ga＝Gb-β*IR (1)
Ba＝Bb-γ*IR
其中α、β和γ是消除对应IR分量的系数，Rb、Gb和Bb是原始图像的RGB通道数值，Ra、Ga和Ba是去除IR图像的RGB通道数值，IR为RGB通道对应的红外分量。
公式(1)中系数α间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值。β间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值。γ间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值。将α、β和γ随机组合，共有10013个组合L1。
根据以下步骤和限制条件筛选α、β和γ组合L2：
①根据式(1)，分别计算7种光源下消除IR影响后的Rb、Gb和Bb三通道数值；
②对于以上各种光源，同时满足Rb、Gb和Bb大于0；
③对于以上各种光源，同时满足RD65b/GD65b<BD65b/GD65b，RU30b/GU30b>BU30b/GU30b，RAb/GAb>BAb/GAb，RHzb/GHzb>RHzb/GHzb。
计算H-table、M-table、L-table映射表：
①M-table映射表：对D65光源下，分别统计该幅图像第19至24块(即6个灰色块)的一定范围区域像素的RD65an、GD65an、BD65an和IRD65an均值，n是色块标记，其中不统计过暗和过亮的像素(即亮度Y取直范围[10,240])。根据式(1)，分别计算消除IR影响后各色块的RD65bn、GD65bn和BD65bn三通道数值。
②计算L2组合中，满足使等式
abs(RD65b1-GD65b1)+abs(RD65b1-BD65b1)+abs(GD65b1-BD65b1)+abs(RD65b2-GD65b2)+abs(RD65b2-BD65b2)+abs(GD65b2-BD65b2)+abs(RD65b3-GD65b3)+abs(RD65b3-BD65b3)+abs(GD65b3-BD65b3)+abs(RD65b4-GD65b4)+abs(RD65b4-BD65b4)+abs(GD65b4-BD65b4)+abs(RD65b5-GD65b5)+abs(RD65b5-BD65b5)+abs(GD65b5-BD65b5)+abs(RD65b6-GD65b6)+abs(RD65b6-BD65b6)+abs(GD65b6-GD65b6)
取最小值的组合L3，且为一组。其中abs是绝对值。
③以α*IR为纵轴，以IR为横轴，IR间隔N取数，范围是[0,4095]，构建M-table映射表。
④H-table映射表采用A光源，L-table映射表采用TL84光源，计算方法依照D65光源所述步骤。
3).设定图像IR阈值t1,t2,t3,t4，计算当前图像的IR分量均值对应的映射表：
如果0＝<IR<＝t1，则选择L-table映射表；
如果t1<IR<＝t2，则L-table和M-table线性插值获取映射表；
如果t2<IR<＝t3，则选择M-table映射表；
如果t3<IR<＝t4，则M-table和H-table线性插值获取映射表；
如果IR>＝t4，则选择H-table映射表；
3.根据RGB-IR图像中提取R通道，G通道和B通道所对应的IR通道分量，查表减去IR量的影响，得到RGB图像数据。
本申请的特点在于：
1、在系统的计算单元中根据不同光源下的RGB-IR图像，计算获取RGB-IR图像的H-table、M-table、L-table映射表。
比如：依据第19至24色块统计信息；L2组合的筛选方法；L3组合的筛选方法。
2、根据当前图像IR分量水平，插值获取当前图像的对应RGB-IR映射表。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述系统包括：
获取单元，用于获取RGB-IR图像的RGB三通道和IR通道的数据信息；
计算单元，用于计算整幅图像IR分量的均值，根据当前图像的IR分量均值，通过线性插值获取对应的RGB-IR映射表，其中RGB-IR映射表存储RGB三通道对应所减IR分量的关系；
提取单元，用于提取RGB-IR图像中RGB三通道和IR像素的数值；
处理单元，用于消除IR分量对RGB三通道的干扰，得到校准后的RGB图像。
2.根据权利要求1所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的获取单元，通过输入RGB-IR图像，提取R通道，G通道，B通道和IR通道的数据，计算整幅图像IR分量的均值。
3.根据权利要求1所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的计算单元中的RGB-IR映射表根据图像IR分量的情况，分为高、中、低三张映射表，分别记为H-table、M-table、L-table，分别对应IR分量的高、中、低。
4.根据权利要求1所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的处理单元是根据提取的IR像素的数值查RGB-IR映射表，将RGB数值减去对应位置的IR像素分量，得到RGB校准后的图像。
5.根据权利要求1所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的获取对应的RGB-IR映射表的计算方法包括：
1)在7种标准光源下，通过RGB-IR摄像头拍摄标准爱色丽24色色卡的7幅图像；
2)对7种标准光源下，统计该幅图像第19至24块的一定范围区域像素的R、G、B和IR均值，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；
设定RGB与IR分量的关系式：
Figure RE-FDA0002457418670000021
其中α、β和γ是消除对应IR分量的系数，Rb、Gb和Bb是原始图像的RGB通道数值，Ra、Ga和Ba是去除IR图像的RGB通道数值，IR为RGB通道对应的红外分量；
公式(1)中系数α间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；β间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；γ间隔0.001取数，取值范围为[0,1]，共1001个数值；将α、β和γ随机组合，共有10013个组合L1；
根据以下步骤和限制条件筛选α、β和γ组合L2：
①根据式(1)，分别计算7种光源下消除IR影响后的Rb、Gb和Bb三通道数值；
②对于以上各种光源，同时满足Rb、Gb和Bb大于0；
③对于以上各种光源，同时满足Rb/Gb<Bb/Gb。
计算H-table、M-table、L-table映射表：
①M-table映射表采用D65光源，分别统计该幅图像第19至24块，即6个灰色块的一定范围区域像素的RD65an、GD65an、BD65an和IRD65an均值，n是色块标记，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；根据式(1)，分别计算消除IR影响后各色块的RD65bn、GD65和BD65bn三通道数值；
②计算L2组合中，满足使等式
abs(RD65b1-GD65b1)+abs(RD65b1-BD65b1)+abs(GD65b1-BD65b1)+abs(RD65b2-GD65b2)+abs(RD65b2-BD65b2)+abs(GD65b2-BD65b2)+abs(RD65b3-GD65b3)+abs(RD65b3-BD65b3)+abs(GD65b3-BD65b3)+abs(RD65b4-GD65b4)+abs(RD65b4-BD65b4)+abs(GD65b4-BD65b4)+abs(RD65b5-GD65b5)+abs(RD65b5-BD65b5)+abs(GD65b5-BD65b5)+abs(RD65b6-GD65b6)+abs(RD65b6-BD65b6)+abs(GD65b6-BD65b6)
取最小值的组合L3，且为一组；其中abs是绝对值；
③以α*IR为纵轴，以IR为横轴，IR间隔N取数，范围是[0,4095]，构建M-table映射表；
④H-table映射表采用A光源，L-table映射表采用TL84光源，计算方法依照D65光源所述步骤；
3)设定图像IR阈值t1,t2,t3,t4，计算当前图像的IR分量均值对应的映射表：
如果0＝<IR<＝t1，则选择L-table映射表；
如果t1<IR<＝t2，则L-table和M-table线性插值获取映射表；
如果t2<IR<＝t3，则选择M-table映射表；
如果t3<IR<＝t4，则M-table和H-table线性插值获取映射表；
如果IR>＝t4，则选择H-table映射表。
6.根据权利要求5所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的7种标准光源为D65，D50，TL84，CWF，U30，A，Hz。
7.根据权利要求6所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述对7种标准光源下，统计该幅图像第19至24块的一定范围区域像素的R、G、B和IR均值，分别为：
对D65光源下，统计该幅图像第19至24块，即6个灰色块的一定范围区域像素的RD65、GD65、BD65和IRD65均值，其中不统计过暗和过亮的像素，即亮度Y取直范围[10,240]；
其他光源依照D65光源统计方法，分别得到：
D50光源：RD50、GD50、BD50和IRD50均值，
TL84光源：RTL84、GTL84、BTL84和IRTL84均值，
CWF光源：RCWF、GCWF、BCWF和IRCWF均值，
U30光源：RU30、GU30、BU30和IRU30均值，
A光源：RA、GA、BA和IRA均值，
Hz光源：RHz、GHz、BHz和IRHz均值。
8.根据权利要求5所述的一种图像色彩还原的校准系统，其特征在于，所述的Rb/Rb<Bb/Gb包括：
对D65光源：RD65b/GD65b<BD65b/GD65b；
对U30光源：RU30b/GU30b>BU30b/GU30b；
对A光源：RAb/GAb>BAb/GAb；
对Hz光源：RHzb/GHzb>BHzb/GHzb。
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