CN1663287A - 使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的系统，该系统包括脸部检测器、肤色提取器、多个参考肤色、肤色比较器和平衡参数产生器。脸部检测器用于接收数字图像并检测数字图像内的人脸。肤色提取器连接脸部检测器。肤色提取器用于从数字图像提取肤色。提取的肤色与由脸部检测器检测的人脸关联。肤色比较器连接肤色提取器。肤色比较器用于访问参考肤色并比较提取的肤色和参考肤色，以便识别对应于提取肤色的参考肤色。平衡参数产生器连接肤色比较器。平衡参数产生器用于根据提取的肤色和对应的参考肤色产生平衡参数。平衡参数被应用于数字图像来白平衡数字图像。

Description

使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法和系统
本发明一般涉及视频处理系统，并且更详细地，涉及一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法和系统。
来自数字摄像机或便携摄录机或者在电视屏幕或个人计算机的监视器上显示的图像中的颜色由于各种原因经常在每个图像之间呈现差异。为了在每个图像之间保持恒定的彩色外观，经常使用称为白平衡的技术。使用该技术，用成像场景中的白色作为参考，使整个场景能够根据该白色进行颜色调整。
传统的数字图像的白平衡通过手动和自动方式提供。对于手动白平衡，成像装置典型地对准假定在白照明下为白色的参考表面。对于自动白平衡，通常假定在成像场景内存在白色物体并且大概白色物体对应图像中的最亮点。然后使用假定的白色物体作为参考执行白平衡。但是，当白色物体实际上不在成像场景内或最亮点不属于参考的白色表面时，该技术会导致错误地调整图像。
按照本发明，提供了一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法和系统，基本上消除或减少了与传统系统和方法有关的缺点和问题。尤其是，可以代替白色物体使用人脸作为颜色参考来提供自动白平衡，使其中白色物体没有出现的场景能够被正确地颜色调整。
按照本发明的一个实施例，提供一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的系统，该系统包括脸部检测器、肤色提取器、多个参考肤色、肤色比较器和平衡参数产生器。脸部检测器用于接收数字图像并检测数字图像内的人脸。肤色提取器用于提取对各种族都不变的脸部颜色模型。肤色提取器连接脸部检测器。肤色提取器用于从数字图像提取肤色。提取的肤色与脸部检测器检测的人脸关联。肤色比较器连接肤色提取器。肤色比较器用于访问参考肤色并比较提取的肤色和参考肤色，以便识别对应于提取肤色的参考肤色。平衡参数产生器连接肤色比较器。平衡参数产生器用于根据提取的肤色和对应的参考肤色产生平衡参数。平衡参数被应用于数字图像来白平衡数字图像。
按照本发明的另一实施例，提供一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法。该方法包括接收来自数字图像的白平衡输入信号。进行有关是否在输入信号中检测到人脸的判定。当在输入信号中检测到脸部时提取检测的脸部的肤色。提取的肤色与多个参考肤色比较来识别对应的参考肤色。根据提取的肤色和对应的参考肤色产生平衡参数。
本发明的一个或多个实施例的技术优点包括提供改进的自动白平衡图像的方法。在特定的实施例中，相对于白色物体，人脸在成像场景中用作颜色参考。结果，其中白色物体没有出现的场景可以根据人脸被正确地颜色调整。
其它技术优点将从以下附图、说明和权利要求被本领域技术人员容易地看出。
在进行详细说明之前，提出在整个该专利文件中使用的某些单词和短语的定义是有利的：术语“包括”和“包含”及其派生词意味着包括而不是限制；术语“或”是包括在内的，意味着和/或；短语“关联”和“与其关联”及其派生词可以意味着包括、被包括、互连接、包含、被包含、连接到或相连、耦合或相耦合、通信、合作、插入、并置、接近、相邻或相邻于、具有、拥有、具有特性等等；而术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何装置、系统或其部分，这样的装置可以在硬件、固件或软件或至少其中两个的某种组合中实现。应当说明，与任何特定控制器关联的功能可以是集中式的或分布式的，不管是本地还是遥控。特别地，控制器可以包括一个或多个数据处理器、以及关联的输入/输出装置和存储器，执行一个或多个应用程序和/或操作系统程序。对特定单词和短语的定义在整个该专利文件中提供，本领域普通技术人员应当理解，在许多(如果不是多数实例)中，该定义优先应用，并且这样定义的单词和短语的将来使用也如此。
为了本发明及其优点的更全面的理解，现在参考以下结合相应附图的说明，其中相同的参考数字表示相同的部分，其中：
图1是说明用于按照本发明的一个实施例使用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的摄像机的框图；
图2A是说明用于按照本发明的一个实施例使用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的计算机成像系统的框图；
图2B是说明由图2A的计算机成像系统使用来按照本发明的一个实施例用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的白平衡应用的框图；和
图3是说明按照本发明的一个实施例在图1的摄像机或图2的计算机成像系统中使用脸部颜色作为参考信号的图像的白平衡方法的流程图。
下面讨论的图1-3和用于说明该专利文件中的本发明原理的各实施例仅作为举例说明而不应以任何方式解释为限制本发明的范围。在以下部分中，本发明将在三个实施例中说明：数字摄像机、数字电视机和计算机成像系统。但是，这仅用于举例而不应解释为以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员将理解本发明的原理可以在任何适当配置的图像处理系统中实施。
图1是说明用于按照本发明的一个实施例使用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的摄像机100的框图。摄像机100可以包括数字摄像机、数字便携摄录机或任何其它用于处理数字图像的适当类型的摄像机。
摄像机100包括图像传感器102、模数转换器104、图像处理器106和白平衡模块110。图像传感器102用于接收基于从摄像机100定位进行记录的场景反射的光的入射图像120。图像传感器102还用于从入射图像120产生模拟信号122并将模拟信号122提供给模数转换器104。
模数转换器104用于接收模拟信号122并从模拟信号122产生数字信号124用于图像处理器106。图像处理器106用于接收数字信号124并对数字信号124执行附加处理来产生可显示图像126。可显示图像126可在摄像机100内记录到存储装置128中，例如小型闪存卡、智能多媒体卡、存储棒等，和/或可以提供给外部系统来记录。
模数转换器104还用于从模拟信号122产生数字输入帧130用于白平衡模块110，并且图像处理器106用于从白平衡模块110接收平衡参数132，并将平衡参数132应用于可显示图像126，以便白平衡可显示图像126。
白平衡模块110包括脸部检测器140、肤色提取器142、肤色比较器144、平衡参数产生器146和参考肤色148。按照一个实施例，白平衡模块110可以合并在摄像机100的用于调整由摄像机100捕获的图像的整个亮度的自动增益部件(图1中未示出)中。
脸部检测器140用于接收来自模数转换器104的至少一个输入帧130，并判定输入帧130中是否出现人脸。脸部检测器140可以根据基于亮度的脸部检测算法或任何其它用于检测数字图像内的人脸的适当过程来进行该判定。
如果脸部检测器140在输入帧130内检测到人脸，则脸部检测器140还用于为肤色提取器142产生检测的脸部信号150。检测的脸部信号150可以包括来自输入帧130与检测的脸部对应的数据、用于识别输入帧130内检测的脸部的位置的坐标或其它定位符、或者任何其它适当的信号。
肤色提取器142用于提取对各种族都不变的脸部颜色模型。肤色提取器142用于接收检测的脸部信号150，并根据检测的脸部信号150提取检测脸部的肤色。肤色提取器142还用于为肤色比较器144产生提取的肤色信号152。提取的肤色信号152可以包括识别检测脸部的提取肤色的数据。
肤色比较器144用于接收提取的肤色信号152，并比较由提取的肤色信号152识别的提取肤色和作为参考肤色148存储的多个肤色。肤色比较器144还用于根据提取肤色及其对应的参考肤色148，为平衡参数产生器146产生比较信号154。
对应的参考肤色148包括这样的参考肤色148，其包括如它在正常照明中呈现的真实肤色，而提取肤色包括如它在显示为由摄像机100的图像传感器102捕获的、由于实际照明没有白平衡的可显示图像126时呈现的肤色。比较信号154可以包括识别提取肤色和对应的参考肤色148的数据、识别提取肤色和对应的参考肤色148之间的差别的数据、或任何其它用于使平衡参数产生器146能够产生平衡参数132的适当数据。
平衡参数产生器146用于接收比较信号154，并根据比较信号154为图像处理器106产生平衡参数132。按照一个实施例，通过将参考信号从参考白色替换为参考肤色，平衡参数产生器146可以用于按照美国专利No.6,069,972中公开的原理来产生平衡参数132。平衡参数132可以被图像处理器106应用来白平衡由图像处理器106产生的可显示图像126。
虽然脸部检测器140、肤色提取器142、肤色比较器144、平衡参数产生器146和参考肤色148说明和描述为分离元件，但是可以理解，任何或所有这些元件140、142、144、146和/或148可以不脱离本发明的范围而实施在一起。此外，参考肤色148可以在白平衡模块110之外提供。例如，参考肤色148可存储在可从摄像机100移去的介质中。
另外，任何或所有脸部检测器140、肤色提取器142、肤色比较器144和平衡参数产生器146都可以包括编码在介质中的逻辑。该逻辑包括执行程序任务的功能指令。该介质包括计算机盘或其它计算机可读介质、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、其它适当的专用或通用处理器、传输介质或在其中可编码和利用逻辑的其它适当的介质。
图2A是说明用于按照本发明的一个实施例使用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的计算机成像系统300的框图。按照一个实施例，计算机成像系统300包括个人计算机302、显示器304、可选扬声器306和至少一个输入装置，例如键盘308和/或点击设备310。
个人计算机302可以包括光盘(CD)只读存储器(ROM)驱动320、硬盘驱动(HDD)322、中央处理单元(CPU)324、随机存取存储器(RAM)326、输入/输出(I/O)接口(IF)电路328和视频/音频接口(IF)电路330。CD-ROM驱动320用于接收和读取可移动CD-ROM盘332。
显示器304包括个人计算机302的计算机监视器。显示器304可以包括阴极射线管屏、液晶显示屏、平板显示屏、等离子显示屏、投影显示屏或任何其它适于显示图像的装置。显示器304包括用于显示可能包括人脸的视频图像的屏幕340。
硬盘驱动322用于提供对操作系统程序、应用程序和用于信息存储和检索的数据的访问。键盘308和点击设备310经I/O IF电路328连接个人计算机302。点击设备310可以包括鼠标或其它用于使用户能够与屏幕340的特定区域交互作用的适当的设备。
显示器304和扬声器306经视频/音频IF电路330连接个人计算机302。个人计算机302的内部元件，包括CD-ROM驱动320、硬盘驱动322、CPU 324、RAM 326、I/O IF电路328和视频/音频IF电路330，经通信总线344相互连接和相互通信。
如下面更详细说明的，CPU 324用于调用白平衡模块以便正确地调整屏幕340上出现的物体的颜色。白平衡模块结合任何其它在个人计算机302中执行的产生视频信号的应用来工作，例如流化视频应用、MPEG或AVI播放器、接收和解调输入的RF电视信号以产生基带视频信号的视频卡等等。按照本发明的一个实施例，由CPU 324执行的白平衡模块可以存储在CD-ROM 332、3.5英寸可移动磁盘(图1中未示出)、RAM 326中或任何其它适当的位置。因此，对于一个实施例，RAM 326可以用于存储操作系统程序、流化视频应用程序、MPEG/AVI播放器应用程序和白平衡模块。
图2B是说明由计算机成像系统300使用来按照本发明的一个实施例使用脸部颜色作为参考信号提供图像的白平衡的白平衡模块350的框图。白平衡模块350用于接收来自要被计算机302显示在显示器304上的视频信号的输入帧352，并根据输入帧352产生平衡参数354。白平衡模块350包括脸部检测器360、肤色提取器362、肤色比较器364、平衡参数产生器366和参考肤色368。
脸部检测器360用于接收来自要被计算机302显示在显示器304上的视频信号的至少一个输入帧352，并判定输入帧352中是否出现人脸。脸部检测器360可以根据基于亮度的脸部检测算法或任何其它用于检测数字图像内的人脸的适当过程来进行该判定。
如果脸部检测器360在输入帧352内检测到人脸，则脸部检测器360还用于为肤色提取器362产生检测的脸部信号370。检测的脸部信号370可以包括与来自输入帧352与检测的脸部对应的数据、用于识别输入帧352内检测的脸位置的坐标或其它定位符、或者任何其它适当的信号。
肤色提取器362用于提取对各种族都不变的脸部颜色模型。肤色提取器362用于接收检测的脸部信号370，并根据检测的脸部信号370提取检测脸部的肤色。肤色提取器362还用于为肤色比较器364产生提取的肤色信号372。提取的肤色信号372可以包括识别检测脸部的提取肤色的数据。
肤色比较器364用于接收提取的肤色信号372，并比较由提取的肤色信号372识别的提取肤色和作为参考肤色368存储的多个肤色。肤色比较器364还用于根据提取肤色及其对应的参考肤色368为平衡参数产生器366产生比较信号374。
对应的参考肤色368包括这样的参考肤色368，其包括如它在正常照明中呈现的真实肤色，而提取肤色包括如它在通过显示器304没有白平衡显示时呈现的肤色。比较信号374可以包括识别提取肤色和对应的参考肤色368的数据、识别提取肤色和对应的参考肤色368之间的差别的数据、或任何其它用于使平衡参数产生器366能够产生平衡参数364的适当数据。
平衡参数产生器366用于接收比较信号374，并根据比较信号374产生平衡参数354。按照一个实施例，通过将参考信号从参考白色替换为参考肤色，平衡参数产生器366可以用于按照美国专利No.6,069,972中公开的原理来产生平衡参数354。平衡参数354可以被应用来白平衡在显示器304上显示的图像。
虽然脸部检测器360、肤色提取器362、肤色比较器364、平衡参数产生器366和参考肤色368说明和描述为分离元件，但是可以理解，任何或所有这些元件360、362、364、366和/或368可以不脱离本发明的范围而实施在一起。此外，参考肤色368可以在白平衡模块35 0之外提供。例如，参考肤色368可存储在可从计算机302移去的介质中、RAM 326或其它适当的位置中，而白平衡模块350的剩余部分在别处提供。
另外，任何或所有脸部检测器360、肤色提取器362、肤色比较器364和平衡参数产生器366都可以包括编码在介质中的逻辑。该逻辑包括执行程序任务的功能指令。该介质包括计算机盘和其它计算机可读介质、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、其它适当的专用或通用处理器、传输介质或在其中可编码和利用逻辑的其它适当的介质。
图3是说明按照本发明的一个实施例在摄像机100、计算机成像系统3 00或任何其它适当的成像系统中使用脸部颜色作为参考信号的图像的白平衡方法的流程图。该方法在步骤400开始，其中从数字图像接收白平衡输入信号130、352。在步骤402，尝试检测输入信号130、352中的人脸。
在判决步骤404，进行有关是否在输入信号130、352中检测到脸部的判定。如果在输入信号130、352中没有检测到脸部，方法沿否分支从判决步骤404至步骤406。在步骤406，可以选择地执行任何适当的替代白平衡过程，之后，该方法结束。
回到判决步骤404，如果在输入信号130、352中检测到脸部，方法沿是分支从判决步骤404至步骤408。在步骤408，提取检测的脸部的肤色。在步骤410，提取的肤色和参考肤色148、368进行比较以识别对应的参考肤色148、368。
在步骤414，根据提取的肤色和对应的参考肤色148、368产生平衡参数132、354。在步骤416，平衡参数132、354应用于数字图像，以便白平衡数字图像。在步骤418，可以显示经白平衡的数字图像，之后该方法结束。
这样，当根据提取的肤色和对应的参考肤色148、368产生的平衡参数132、354应用于整个数字图像时，为数字图像显示的颜色可以被全部校正。以这种方式，可以根据使用对应参考肤色148、368校正的数字图像内的人脸的肤色来白平衡整个数字图像。
虽然已经用几个实施例说明了本发明，但是可以使本领域技术人员想到各种变化和修改。即本发明包括这种落入所附权利要求的范围内的变化和修改。

Claims (20)

1.一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的系统，包括：
脸部检测器(140)，用于接收数字图像并检测数字图像内的人脸；
连接到脸部检测器(140)的肤色提取器(142)，该肤色提取器(142)用于从数字图像提取肤色，提取的肤色与由脸部检测器(140)检测的人脸关联；
多个参考肤色(148)；
连接到肤色提取器(142)的肤色比较器(144)，该肤色比较器(144)用于访问参考肤色(148)并比较提取的肤色和参考肤色(148)，以便识别对应于提取肤色的参考肤色(148)；和
连接到肤色比较器(144)的平衡参数产生器(146)，该平衡参数产生器(146)用于根据提取的肤色和对应的参考肤色(148)产生平衡参数(132)，平衡参数(132)被应用于数字图像来白平衡数字图像。
2.如权利要求1的系统，所述脸部检测器(140)用于根据基于亮度的脸部检测算法来检测数字图像内的人脸。
3.如权利要求1的系统，所述脸部检测器(140)用于在数字图像内检测到脸部时为肤色提取器(142)产生检测的脸部信号(150)。
4.如权利要求3的系统，所述检测的脸部信号(150)包括来自对应于检测的脸部的数字图像的数据。
5.如权利要求3的系统，所述检测的脸部信号(150)包括用于识别数字图像内的检测的脸部的位置的定位符。
6.如权利要求1的系统，所述肤色提取器(142)用于根据提取的肤色为肤色比较器(144)产生提取的肤色信号(152)，提取的肤色信号(152)包括识别提取的肤色的数据。
7.如权利要求1的系统，所述肤色比较器(144)用于为平衡参数产生器(146)产生比较信号(154)，比较信号(154)包括识别提取的肤色和对应的参考肤色(148)的数据。
8.如权利要求1的系统，所述肤色比较器(144)用于为平衡参数产生器(146)产生比较信号(154)，比较信号(154)包括识别提取的肤色和对应的参考肤色(148)之间的差别的数据。
9.一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的方法，包括：
接收来自数字图像的白平衡输入信号(130)；
判定是否在输入信号(130)中检测到人脸；
当在输入信号(130)中检测到脸部时提取检测的脸部的肤色；
比较提取的肤色和多个参考肤色(148)以识别对应的参考肤色(148)；和
根据提取的肤色和对应的参考肤色(148)产生平衡参数(132)。
10.如权利要求9的方法，进一步包括将平衡参数(132)应用于数字图像以便白平衡数字图像。
11.如权利要求9的方法，进一步包括显示经白平衡的数字图像。
12.如权利要求9的方法，进一步包括当没有在输入信号(130)中检测到脸部时执行替代的白平衡过程。
13.如权利要求9的方法，进一步包括当在数字图像(130)内检测到脸部时产生检测的脸部信号。
14.如权利要求9的方法，判定是否在输入信号(130)中检测到人脸包括在输入信号(130)上执行基于亮度的脸部检测算法。
15.一种使用脸部颜色作为参考信号来白平衡图像的系统，包括：
计算机可处理的介质；和
存储在计算机可处理的介质上的逻辑，该逻辑用于接收来自数字图像的白平衡输入信号(130)，判定是否在输入信号(130)中检测到人脸，当在输入信号(130)中检测到脸部时提取检测的脸部的肤色，比较提取的肤色和多个参考肤色(148)以识别对应的参考肤色(148)，和根据提取的肤色和对应的参考肤色(148)产生平衡参数(132)。
16.如权利要求15的系统，所述逻辑进一步用于将平衡参数(132)应用于数字图像以便白平衡数字图像。
17.如权利要求15的系统，所述逻辑进一步用于显示经白平衡的数字图像。
18.如权利要求15的系统，所述逻辑进一步用于当没有在输入信号(130)中检测到脸部时执行替代的白平衡过程。
19.如权利要求15的系统，所述逻辑进一步用于当在输入信号(130)内检测到脸部时产生检测的脸部信号。
20.如权利要求15的系统，所述逻辑用于通过在输入信号(130)上执行基于亮度的脸部检测算法来判定是否在输入信号(130)中检测到人脸。
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