CN114007055B - 图像传感器镜头阴影校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器镜头阴影校正方法及装置，该方法包括确定像素点补正增益系数的确定步骤，包括：将目标图像进行分割得到若干网格；对每个网格的补正增益系数进行采样，存入查找表；计算目标图像中各像素点的补正增益系数。本发明还公开了一种镜头阴影校正装置。本发明提供的图像传感器镜头阴影校正方法，校正效果好，且节约硬件面积。

Description

图像传感器镜头阴影校正方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种图像传感器镜头阴影校正方法及装置。

背景技术

镜头阴影校正(Lens Shading Correction)是为了解决由于镜头对光折射不均匀而导致镜头周围出现阴影的现象。镜头阴影主要分为亮度阴影(luma shading)和色彩偏差(color shading)两种。亮度阴影导致传感器中心像素收集光能大于边缘像素。色彩偏差是由于不同波长的光线经过透镜，折射率并不相同，因此在图像边缘的地方，其R、G、B值也会出现偏差。

在图像传感器的一些特定应用场景，比如视频监控中，对图像的清晰度有了更高的要求，因此由于镜头凸透镜成像带来的阴影问题成为影响成效效果的关键因素。

发明内容

本发明是有关于一种图像传感器镜头阴影校正方法，通过硬件电路同时对亮度阴影和色彩偏差进行校正，解决镜头阴影的问题。

根据本发明的第一方面，提出一种像素点补正增益系数确定方法，包括：

将目标图像进行分割得到若干网格；

对每个网格的补正增益系数进行采样，存入查找表；

计算目标图像中各像素点的补正增益系数。

根据本发明的第二方面，提出一种图像传感器镜头阴影校正方法，包括：

确定目标图像中各像素点的坐标和像素值；

根据各像素点的坐标计算对应的补正增益系数；

用各像素点的像素值乘以对应像素点的补正增益系数，得到校正后图像。

根据本发明的第三方面，提出一种像素点补正增益系数确定装置，包括：

垂直方向坐标计算单元，用于计算出图像各像素点的纵坐标；

水平方向坐标计算单元，用于计算出图像各像素点的横坐标；

网格增益系数查找表，用于根据像素点坐标查找该像素点对应网格的增益系数；

网格增益系数读出单元，用于接收像素点的横坐标和纵坐标参数，并通过网格增益系数查找表读出各像素点对应网格的补正增益系数；

垂直方向补正增益系数计算单元，用于根据像素点所在网格及周围8个网格的补正增益系数，进行三次垂直方向的补正增益系数计算，得到补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3；

像素点补正增益系数计算单元，用于根据垂直方向补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3，进行一次水平方向的补正增益系数计算，得到各像素点的补正增益系数。

根据本发明的第四方面，提出一种图像传感器镜头阴影校正装置，包括：

图像输入单元，用于输入图像像素矩阵；

阴影补正单元，用于根据图像各像素点的补正增益系数和像素值对目标图像进行校正；

图像输出单元，用于输出校正后的图像。

本发明的有益效果在于，像素点补正增益系数的确定、镜头阴影校正方法及装置，校正效果较好，所需硬件面积小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明像素点补正增益系数确定方法流程图；

图2为本发明单色像素点的光照强度与补正增益的变化示意图；

图3为本发明像素点补正增益系数的确定过程示意图；

图4为本发明目标增益系数曲线与计算后的增益系数曲线的对照图；

图5为本发明图像传感器镜头阴影校正方法流程图；

图6为本发明图像传感器像素点补正增益系数确定装置示意图；

图7为本发明图像传感器镜头阴影校正装置示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

本发明提出的图像传感器镜头阴影校正方法，通过将目标图像分割成不同网格，用像素点所在网格、以及邻近网格的补正增益系数来确定像素点的补正增益系数，最终输出校正后的图像，该方法既可以消除亮度阴影，又可以消除色彩偏差，解决镜头阴影消除的问题。

实施例1

如图1所示，为本发明实施例一提供的像素点补正增益系数的确定方法，其包括以下步骤：

S101：将目标图像进行分割得到若干网格。

在具体实施中，可以将目标图像进行分割得到任意大小的网格，只需要满足所有像素点均在网格中或网格线上即可。

作为一种更优的实施方式，可以根据目标图像阴影的分布情况来分割，图2示出单色像素点的光照强度与补正增益的变化趋势示意图。由图可知，镜头凸透镜造成的光线强度的变化是非线性的，图像中心部位光照强度高，阴影小，属于弱补正区；而图像边缘部位光照强度衰减后变弱，阴影大，属于强补正区。因此，在分割时，图像中心部位大网格，图像边缘部位小网格。

S102：对每个网格的补正增益系数进行采样，存入查找表。

在具体实施中，统计每个网格中单色像素的平均值ave，即像素值的平均值，中心网格单色像素的平均值ave(中心)，各网格的补正增益系数为k＝ave/ave(中心)，存入查找表。

每个网格中的像素分别由红、蓝、绿三种颜色组成，因此每个网格实际上对应有三个补正增益系数，分别为k_R、k_B、k_G。当使用查找表确定每个网格所对应的补正增益系数时，首先，确定目标像素点的坐标，进而确定该像素点在网格中的位置，然后取出其对应的网格补正增益系数。根据像素点排列规则可知，每个目标像素点只对应一个网格补正增益系数，即为k_R、k_B、k_G三者之一。

S103：计算目标图像中各像素点的补正增益系数。

各像素点的补正增益系数的计算原理是，像素点的补正增益系数由像素点所在网格的补正增益系数、邻近网格的补正增益系数和各网格的比重系数来确定。

在具体实施中，首先，根据目标像素点的坐标，确定该像素点所在网格以及邻近的8个网格，然后，由找出的9个网格进行三次垂直方向的补正增益系数计算，所得计算结果再进行一次水平方向的补正增益系数计算，最后输出目标像素点的补正增益系数。如图3所示，目标像素点所在网格为Kxy，该像素点的补正增益系数由其所在网格，及邻近8个网格的补正增益系数来确定，具体步骤如下：

垂直方向的补正增益系数计算模型：

Gv＝k1×pv1+k2×pv2+k3×pv3

其中，k1，k2，k3分别为垂直方向上三个相邻网格的补正增益系数；

pv1，pv2，pv3分别为垂直方向上三个相邻网格的比重系数，

pv1＝0.5-v/n；

pv2＝0.5；

pv3＝v/n；

v为像素点在网格中垂直方向的相对坐标，v＝y–y(mesh)，y(mesh)为目标像素点所在网格的上边界的纵坐标值，y为目标像素点的纵坐标值；

n为该网格的垂直方向上的像素点个数；

综上，

按照上述方法分别计算出Gv1、Gv2、Gv3。

水平方向补正增益系数计算模型：

Gh＝Gv1×ph1+Gv2×ph2+Gv3×ph3

其中，Gh表示水平方向补正增益系数；

Gv1，Gv2，Gv3分别为三个相邻垂直方向上的补正增益系数；

ph1，ph2，ph3分别水平方向的比重系数；

ph1＝0.5-h/m；

ph2＝0.5；

ph3＝h/m；

h为像素点在网格中水平方向的相对坐标，h＝x–x(mesh)，x(mesh)为目标像素点所在网格的左边界的横坐标值，x为目标像素点的横坐标值；

m为网格的水平方向上的像素点个数；

综上，

/>

上述由三个垂直方向的补正增益系数计算得到的水平方向补正增益系数Gh，也是就是本发明镜头阴影的补正增益系数。

举个例子，假设目标像素点坐标为x＝846，y＝563，位于图3的网格Kxy中，该目标像素点的补正增益系数的计算步骤如下：

其中网格Kxy的补正增益k＝1.25，网格水平像素个数为256，垂直像素个数为128，网格的上边界坐标y(mesh)＝550，左边界坐标x(mesh)＝800；

网格Kxy周边的8个网格分别为K(x-1)(y-1)，K(x-1)y，K(x-1)(y+1)，Kx(y-1)，Kx(y+1)，K(x+1)(y-1)，K(x+1)y，K(x+1)(y+1)，8个网格对应的增益系数依次为：1.35，1.3，1.34，1.29，1.31，1.36，1.28，1.33；

垂直方向补正增益计算如下：

比重系数pv1＝0.5-v/n＝0.5-(563-550)/128＝0.3984375；pv2＝0.5，

pv3＝v/n＝(563-550)/128＝0.1015625；

Gv1＝k1×pv1+k2×pv2+k3×pv3

＝1.35×0.3984375+1.3×0.5+1.34×0.1015625＝1.323984375

Gv2＝k1×pv1+k2×pv2+k3×pv3

＝1.29×0.3984375+1.25×0.5+1.31×0.1015625＝1.27203125

Gv3＝k1×pv1+k2×pv2+k3×pv3

＝1.36×0.3984375+1.28×0.5+1.33×0.1015625＝1.316953258

水平方向补正增益如下：

比重系数ph1＝0.5-h/m＝0.5-(846-800)/256＝0.3203125，ph2＝0.5，

ph3＝h/m＝(846-800)/256＝0.1796875；

Gh＝Gv1×ph1+Gv2×ph2+Gv3×ph3

＝1.323984375×0.3203125+1.27203125×0.5+1.316953258×0.1796875

＝1.2967444086640625≈1.2967

综上，目标像素点的补正增益系数为1.2967。

通过实际测量每个像素点的增益系数绘制出目标增益系数曲线，根据上述方法计算出各像素点的增益系数绘制出计算后的增益系数曲线，如图4所示。曲线上任意取出四个点A、B、C、D，每个点代表不同的像素点的增益系数，计算后的增益系数与实际增益系数的值如下：

A、B、C、D点计算后的增益系数分别是：1.595665、1.171165、1.2386、1.609583；

A、B、C、D点的目标增益系数分别是：1.594419、1.166、1.25278、1.614101。

由此可知，采用本发明方法计算出的各像素点的增益系数值与各像素的实际增益系数值，二者比较接近，计算误差较小。

实施例2

如图5所示，为本发明实施例2提供的镜头阴影校正方法，其包括以下步骤：

S201：确定目标图像中各像素点的坐标和像素值；

S202：根据各像素点的坐标计算对应的补正增益系数；

其中，所述像素点补正增益系数的确定方法为：

首先将目标图像进行分割得到若干网格，对每个网格的补正增益系数进行采样，存入查找表；然后经三次垂直方向的补正增益系数计算和一次水平方向的补正增益系数计算，最后输出各像素点的补正增益系数；

S203：用各像素点的像素值乘以S202获得像素点对应的补正增益系数，得到校正后图像。

实施例3

如图6所示，为本发明实施例3提供的像素点补正增益系数确定装置，其包括：

垂直方向坐标计算单元31，用于计算出图像各像素点的纵坐标；

水平方向坐标计算单元32，用于计算出图像各像素点的横坐标；

网格增益系数查找表33，用于根据像素点坐标查找该像素点对应网格的增益系数；

网格增益系数读出单元34，用于接收像素点的横坐标和纵坐标参数，并通过网格增益系数查找表33读出各像素点对应网格的补正增益系数；

垂直方向补正增益系数计算单元35，用于根据像素点所在网格及周围8个网格的补正增益系数，计算出三个垂直方向补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3；

像素点补正增益系数计算单元36，用于根据垂直方向补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3，计算出水平方向的补正增益系数，也就是本发明镜头阴影的补正系数，图6示出各像素点的补正增益系数的变化示意图。

实施例4

图7为本发明图像传感器镜头阴影校正装置，其包括：

图像输入单元31，用于输入图像像素矩阵；

阴影补正单元32，用于根据图像各像素点的补正增益系数和像素值对目标图像进行校正；

图像输出单元33，用于输出校正后的图像。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

以上所述实施例的各个技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种像素点补正增益系数的确定方法，其特征在于，包括确定像素点的补正增益系数的步骤：

将目标图像进行分割得到若干网格；

对每个网格的补正增益系数进行采样，存入查找表；

所述每个网格的补正增益系数k=ave/ ave(中心)，其中，ave为网格中单色像素的平均值，ave(中心)为中心网格中单色像素的平均值；

计算目标图像中各像素点的补正增益系数；

所述像素点的补正增益系数由像素点所在网格和邻近网格的补正增益系数，先进行三次垂直方向的补正增益系数计算，计算结果再进行一次水平方向的补正增益系数计算得到；

所述垂直方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，k1，k2，k3分别为垂直方向上三个相邻网格的补正增益系数；

y为目标像素点的纵坐标值，y(mesh)为目标像素点所在网格的上边界的纵坐标值，n为该网格的垂直方向上的像素点个数；

所述水平方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，Gv1，Gv2，Gv3分别为三次垂直方向补正增益系数计算结果；

x为目标像素点的横坐标值，x(mesh)为目标像素点所在网格的左边界的横坐标值，m为网格的水平方向上的像素点个数。

2.根据权利要求1所述的像素点补正增益系数的确定方法，其特征在于，所述目标图像的分割为图像中心部位大网格，图像边缘部位小网格。

3.一种图像传感器镜头阴影校正方法，其特征在于，包括：

确定目标图像中各像素点的坐标和像素值；

根据各像素点的坐标计算对应的补正增益系数，其中，所述像素点的补正增益系数的确定方法为：如权利要求1-2任一项所述的像素点补正增益系数的确定方法；

用各像素点的像素值乘以像素点对应的补正增益系数，得到校正后的图像并输出。

4.一种像素点补正增益系数确定装置，其特征在于，包括：

垂直方向坐标计算单元，用于计算出图像每个像素点的纵坐标；

水平方向坐标计算单元，用于计算出图像每个像素点的横坐标；

网格增益系数查找表，用于根据像素点坐标查找该像素点对应网格的增益系数；

网格增益系数读出单元，用于接收像素点的横坐标和纵坐标参数，并通过网格增益系数查找表输出每个像素点对应网格的补正增益系数；

垂直方向补正增益系数计算单元，用于根据像素点所在网格及周围8个网格的补正增益系数，计算出三个垂直方向补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3；

像素点补正增益系数计算单元，用于根据垂直方向补正增益系数Gv1、Gv2、Gv3，计算出水平方向的补正增益系数；

所述垂直方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，k1，k2，k3分别为垂直方向上三个相邻网格的补正增益系数；

y为目标像素点的纵坐标值，y(mesh)为目标像素点所在网格的上边界的纵坐标值，n为该网格的垂直方向上的像素点个数；

所述水平方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，Gv1，Gv2，Gv3分别为三次垂直方向补正增益系数计算结果；

x为目标像素点的横坐标值，x(mesh)为目标像素点所在网格的左边界的横坐标值，m为网格的水平方向上的像素点个数。

5.一种图像传感器镜头阴影校正装置，其特征在于，包括：

图像输入单元，用于输入图像像素矩阵；

阴影补正单元，用于根据图像每个像素点的补正增益系数和对应的像素值对目标图像进行校正；所述阴影补正单元包括像素点补正增益系数确定模块，用于根据像素点所在网格和邻近网格的补正增益系数，先进行三次垂直方向的补正增益系数计算，计算结果再进行一次水平方向的补正增益系数计算，最后得到每个像素点的补正增益系数；

图像输出单元，用于输出校正后的图像；

所述垂直方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，k1，k2，k3分别为垂直方向上三个相邻网格的补正增益系数；

y为目标像素点的纵坐标值，y(mesh)为目标像素点所在网格的上边界的纵坐标值，n为该网格的垂直方向上的像素点个数；

所述水平方向的补正增益系数的计算模型为

，

其中，Gv1，Gv2，Gv3分别为三次垂直方向补正增益系数计算结果；

x为目标像素点的横坐标值，x(mesh)为目标像素点所在网格的左边界的横坐标值，m为网格的水平方向上的像素点个数。

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