TWI523542B - 白平衡補償方法及其電子裝置 - Google Patents

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TWI523542B TW103106041A TW103106041A TWI523542B TW I523542 B TWI523542 B TW I523542B TW 103106041 A TW103106041 A TW 103106041A TW 103106041 A TW103106041 A TW 103106041A TW I523542 B TWI523542 B TW I523542B
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Description

白平衡補償方法及其電子裝置
本發明是有關於一種影像處理方法及其電子裝置，且特別是有關於一種白平衡補償方法及其電子裝置。
目前行動裝置上的相機應用越來越廣泛，而使用者對於拍照後的影像品質要求也越來越高。相機成像的品質取決於感光元件的大小、鏡頭與光圈的設計，但由於受限於行動裝置大小，因此感光元件及鏡頭等光學元件的設計與品質就受到了限制。所以，在設計行動裝置上的後端影像訊號處理(Image Signal Processor，ISP)晶片時，如何針對感光元件所得到原始圖像(raw image)進行曝光、白平衡等等的校正，便是現今發展的一個很重要的項目。
相機白平衡(White Balance)最主要目的是要還原當時拍攝場景的色溫，進而還原當時的顏色。但由於當初演算法設計上的方便，以及ISP晶片運算能力不夠等等因素，使得白平衡校正的方式變成讓灰階及白色等相關顏色的R：G：B(即，紅色： 綠色：藍色)的比例變為1：1：1(即，灰世界(grey world)演算法)。
在正常的光源(例如日光)底下，上述做法可能適用於進行原始圖像的白平衡校正。然而，假若在黃光等較暖色系的光源底下，白色的R：G：B的比例不是1：1：1，可能為1.2：1：0.8。在此情況下，若把此類場景的R：G：B的比例校正成1：1：1，便會導致白色變得很純白，但卻使得其他的顏色出現偏藍的情形。
除此之外，為了計算R：G：B的比例，ISP晶片會把一張影像的每個像素(pixel)進行R：G：B的比例分析，再將其倒數作為RGB該補償的數值。舉例而言，若一張影像的R：G：B的比例為0.5：1：0.2，所以其對應的補償值應為RGB=(2,1,5)。所以，如何有效取得有效的像素資訊，來進行白平衡計算，便是很重要的關鍵。
在傳統的白平衡演算法中，其大多是取整張圖像的像素來做白平衡的計算。當原始圖像裡面有大量的純色像素或接近純色的像素時，傳統的白平衡演算法將可能誤判場景的色溫，進而導致補償後的圖像出現顏色失真的情形。舉例而言，當原始圖像裡面有大量的黃色的物件或是紅色的物件，此原始圖像中的紅色(R)比例將會高於藍色(B)。因此，傳統的白平衡演算法將可能誤判這是暖色溫的場景，進而調高對應於藍色的補償值，造成補償後的畫面偏藍的結果。
有鑑於此，本發明提供一種白平衡補償方法及其電子裝置。所述白平衡補償方法可避免純色像素或接近純色的像素影響電子裝置對場景色溫的判斷，進而產生較佳的白平衡補償結果。
本發明提供一種白平衡補償方法，適於電子裝置，所述方法包括下列步驟：取得預設顏色在預設色溫下的第一特定顏色比例以及第二特定顏色比例；取得參考顏色在預設色溫下的第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例；擷取包括多個像素的畫面，並取得畫面對應的曝光索引值，其中各像素具有第一顏色比例以及第二顏色比例；當曝光索引值對應於預設色溫時，從所述多個像素中取出多個特定像素；依據所述多個特定像素計算畫面的多個白平衡補償值；取得畫面的畫面色溫；當畫面色溫對應於預設色溫時，依據第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例更新所述多個白平衡補償值；依據更新後的所述多個白平衡補償值對各像素進行白平衡操作，以產生補償後的畫面。
本發明提供一種電子裝置，其包括取像單元、儲存單元以及處理單元。儲存單元儲存多個模組。處理單元耦接取像單元以及儲存單元，存取所述多個模組以執行下列步驟：取得預設顏色在預設色溫下的第一特定顏色比例以及第二特定顏色比例；取得參考顏色在預設色溫下的第一參考顏色比例以及第二參考顏色 比例；控制取像單元擷取包括多個像素的畫面，並取得畫面對應的曝光索引值，其中各像素具有第一顏色比例以及第二顏色比例；當曝光索引值對應於預設色溫時，從所述多個像素中取出多個特定像素；依據所述多個特定像素計算畫面的多個白平衡補償值；取得畫面的畫面色溫；當畫面色溫對應於預設色溫時，依據第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例更新所述多個白平衡補償值；依據更新後的所述多個白平衡補償值對各像素進行白平衡操作，以產生補償後的畫面。
基於上述，本發明提出的白平衡補償方法及其電子裝置可在計算所擷取畫面的白平衡補償值時排除接近純色的像素，進而避免這些像素對補償後的畫面造成負面的影響。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧取像單元
120‧‧‧儲存單元
130‧‧‧處理單元
S210~S280‧‧‧步驟
圖1是依據本發明之一實施例繪示的電子裝置示意圖。
圖2是依據本發明之一實施例繪示的白平衡補償方法。
圖1是依據本發明之一實施例繪示的電子裝置示意圖。在本實施例中，電子裝置100包括取像單元110、儲存單元120以 及處理單元130。電子裝置100例如是相機、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant)或是其他任何可擷取影像的裝置。取像單元110例如是任何具有電荷耦合元件(Charge coupled device，CCD)鏡頭、互補式金氧半電晶體(Complementary metal oxide semiconductor transistors，CMOS)鏡頭，或紅外線鏡頭的攝影機，亦可以是可取得深度資訊的影像擷取設備，例如是深度攝影機(depth camera)或立體攝影機。儲存單元120例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、快閃記憶體(Flash memory)、硬碟或其他類似裝置或這些裝置的組合，在此不限制其種類。
處理單元130耦接取像單元110以及儲存單元120。處理單元130例如是一般用途處理器、特殊用途處理器、傳統的處理器、數位訊號處理器、多個微處理器(microprocessor)、一個或多個結合數位訊號處理器核心的微處理器、控制器、微控制器、特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、場可程式閘陣列電路(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他種類的積體電路、狀態機、基於進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine，ARM)的處理器以及類似品。
在本實施例中，處理單元130可存取儲存單元120所儲存的多個模組以執行本發明提出的白平衡補償方法的各個步驟。
概略而言，當原始圖像中具有大量純色像素時，為了避 免讓這些純色像素造成處理單元130對場景色溫的誤判，本發明的白平衡補償方法可在計算白平衡補償值之前透過適當手段排除這些純色像素。如此一來，當處理單元130即可準確地依據場景色溫對原始圖像中的每個像素進行白平衡操作時，進而避免補償後的畫面出現偏藍或是偏紅等不良現象。以下將介紹本發明提出的白平衡補償方法的各個細節。
圖2是依據本發明之一實施例繪示的白平衡補償方法。本實施例提出的方法可由圖1所示的電子裝置100執行，以下即搭配圖1所示的各個元件來說明本方法的詳細步驟。
首先，在步驟S210中，處理單元130可取得預設顏色在預設色溫下的第一特定顏色比例以及第二特定顏色比例。所述預設顏色例如是紅色、綠色及/或藍色等顏色(即，光的三原色)，但本發明的可實施方式不限於此。
在本實施例中，預設顏色可包括第一成分、第二成分以及第三成分。本領域具通常知識者應可了解，各種顏色均可採用特定的紅色成分、綠色成分以及藍色成分的比例(即，R：G：B比例)來表徵。因此，預設顏色的第一成分例如是預設顏色的紅色成分(R)，預設顏色的第二成分例如是預設顏色的綠色成分(G)，預設顏色的第三成分例如是預設顏色的藍色成分，但本發明的可實施方式不限於此。
所述預設色溫可由設計者依據其所考慮的場景來設定。舉例而言，若設計者所考慮的場景為室外環境，則設計者可將預 設色溫設定為例如6500K。若設計者所考慮的場景為室內環境，則設計者可將預設色溫設定為例如4500K。若設計者所考慮的場景為低光源環境，則設計者可將預設色溫設定為例如3000K。本領域具通常知識者應可了解，上述各種預設色溫的值僅用以舉例，並非用以限定本發明的可實施方式。
在設定預設色溫之後，處理單元130即可對應取得預設顏色的第一特定顏色比例以及第二特定顏色比例。在本實施例中，預設顏色的第一特定顏色比例例如是預設顏色的第一成分與預設顏色的第二成分之間的比例。換言之，預設顏色的第一特定顏色比例例如是預設顏色的R/G值。此外，預設顏色的第二特定顏色比例為預設顏色的第三成分與預設顏色的第二成分之間的比例。換言之，預設顏色的第二特定顏色比例例如是預設顏色的B/G值。
舉例而言，當預設顏色以及預設色溫分別為紅色及6500K時，處理單元130所取得的預設顏色的第一特定顏色比例(即，R/G值)以及第二特定顏色比例(即，B/G值)分別例如是1.85及0.01。如此一來，當處理單元130之後偵測到取像單元110所擷取的畫面對應於6500K的色溫(即，對應於室外環境的色溫)時，處理單元130即可對應找出此畫面中的純色像素(或接近純色的像素)。詳細而言，當處理單元130偵測到取像單元110所擷取的畫面中出現R/G值大於1.85及B/G值低於0.01的像素時，處理單元130即可得知此像素應為接近紅色的物件，進而可在計 算所述畫面的白平衡補償值時排除此像素，以避免此像素對補償後的畫面造成負面的影響(例如使補償後的畫面產生偏藍的情形等)。
接著，在步驟S220中，處理單元130可取得參考顏色在預設色溫下的第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例。在本實施例中，參考顏色例如是白色或是其他的灰階顏色。如同先前實施例中教示的，參考顏色亦可包括第一成分(即，紅色成分(R))、第二成分(即，綠色成分(G))以及第三成分(即，藍色成分(B))。並且，在設定預設色溫之後，參考顏色的第一參考顏色比例例如是參考顏色的第一成分與參考顏色的第二成分之間的比例。換言之，參考顏色的第一參考顏色比例例如是參考顏色在預設色溫下的R/G值。此外，在設定預設色溫之後，參考顏色的第二參考顏色比例例如是參考顏色的第三成分與參考顏色的第二成分之間的比例。換言之，參考顏色的第二參考顏色比例例如是參考顏色在預設色溫下的B/G值。
舉例而言，當參考顏色以及預設色溫分別為白色及6500K時，處理單元130所取得的參考顏色的第一參考顏色比例(即，R/G值)以及第二參考顏色比例(即，B/G值)分別例如是0.8及1.4。
此外，在其他實施例中，處理單元130亦可取得參考顏色在多種預設色溫下個別對應的第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例。舉例而言，處理單元130可取得白色在6500K、4500K 以及3000K的預設色溫下個別對應的R/G值以及B/G值。
在步驟S230中，處理單元130可控制取像單元110擷取包括多個像素的畫面(例如是原始圖像)，並取得畫面對應的曝光索引值(exposure index)。
在曝光索引值為已知的情況下，處理單元130即可據以推得畫面中的場景是對應於何種環境，進而找出對應於畫面中場景的預設色溫。舉例而言，當畫面對應的曝光索引值是對應於室外環境時，處理單元130可得知對應於此室外環境的預設色溫應為6500K。舉另一例而言，當畫面對應的曝光索引值是對應於室內環境時，處理單元130可得知對應於此室內環境的預設色溫應為4500K。舉再一例而言，當畫面對應的曝光索引值是對應於低光源環境時，處理單元130可得知對應於此低光源環境的預設色溫應為3000K。
此外，在本實施例中，各像素具有第一顏色比例以及第二顏色比例。詳細而言，如同先實施例中所教示的，畫面中包括的各個像素亦包括第一成分(即，紅色成分(R))、第二成分(即，綠色成分(G))以及第三成分(即，藍色成分(B))。第一顏色比例為各像素的第一成分與各像素的第二成分之間的比例。換言之，各像素的第一顏色比例例如是各像素的R/G值。第二顏色比例為各像素的第三成分與各像素的第二成分之間的比例。換言之，各像素的第二顏色比例例如是各像素的B/G值。
在步驟S240中，當曝光索引值對應於預設色溫時，處理 單元130可從所述多個像素中取出多個特定像素。接著，在步驟S250中，處理單元130可依據所述多個特定像素計算畫面的多個白平衡補償值。
在本實施例中，各特定像素的該第一顏色比例小於第一特定顏色比例，且各特定像素的第二顏色比例大於第二特定顏色比例。舉例而言，當曝光索引值對應於6500K的預設色溫時，處理單元130可從畫面中取出R/G值小於1.85，且B/G值大於0.01的像素。接著，處理單元130可接續依據這些被取出的像素(即，特定像素)計算畫面的白平衡補償值。在一實施例中，處理單元130可基於灰世界演算法來計算畫面的白平衡補償值，但本發明的可實施方式不限於此。
從另一角度而言，處理單元130在計算畫面的白平衡補償值時，將不會考慮R/G值大於1.85，且B/G值小於0.01的像素，因這些像素很可能為接近紅色的物件。如此一來，處理單元130所計算的白平衡補償值即不會讓補償後的畫面出現偏藍的情形。
在一實施例中，在預設色溫為6500K的情況下，所述多個白平衡補償值(即，RGB補償值)例如是(2.8,1,1.05)，但本發明的可實施方式不限於此。在其他實施例中，所述多個白平衡補償值可視為包括第一補償值以及第二補償值，其分別可對應至RGB補償值中的R值及B值，但本發明的可實施方式不限於此。
在步驟S260中，處理單元130可取得畫面的畫面色溫。接著，在步驟S270中，當畫面色溫對應於預設色溫時，處理單元 130可依據第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例更新所述多個白平衡補償值。
在一實施例中，當畫面色溫與預設色溫之間的溫度差小於一預設門限值(例如750K)時，處理單元130可判定畫面色溫對應於預設色溫。舉例而言，當畫面色溫為6000K時，處理單元130可判定畫面色溫對應於6500K。舉另一例而言，當畫面色溫為5000K，時，處理單元可判定畫面色溫對應於4500K，但本發明的可實施方式不限於此。
當畫面色溫對應於6500K的預設色溫時，處理單元130更新所述多個白平衡補償值的方式例如是將前述的RGB補償值中的R值(即，第一補償值)及B值(即，第二補償值)分別乘上第一參考顏色比例以及第二參考顏色比例。亦即，若RGB補償值是(2.8,1,1.05)，則更新後的RGB補償值(即，白平衡補償值)例如是(2.24,1,1.47)，也就是(2.8×0.8,1,1.05×1.4)。
接著，在步驟S280中，處理單元130可依據更新後的所述多個白平衡補償值對各像素進行白平衡操作，以產生補償後的畫面。具體而言，處理單元130可將更新後的第一補償值(例如是2.24)乘上各像素的第一顏色比例(即，R/G值)，以及將更新後的第二補償值(例如是1.47)乘上各像素的第二顏色比例(即，B/G值)。
如同先前實施例中所教示的，由於處理單元130在計算畫面的白平衡補償值時已排除接近紅色的像素，使得補償後的畫 面可避免出現偏藍的情形。
應注意的是，雖然前述實施例中皆假設預設顏色為紅色，因而使得處理單元130可避免紅色的像素對補償後的畫面產生不良的影響，但本領域具通常知識者應可依據前述實施例中的教示而推得預設顏色為藍色(或綠色及其他顏色)時的對應做法。如此一來，處理單元130即可避免畫面中藍色的像素對補償後的畫面產生不良的影響(例如使補償後的畫面出現偏紅的情形)。
具體而言，處理單元130可取得多種預設顏色在多種預設色溫下個別對應的第一特定顏色比例以及第二特定顏色比例。舉例而言，處理單元130可取得紅色在6500K、4500K以及3000K的預設色溫下個別對應的R/G值以及B/G值。並且，處理單元130亦可取得綠色在6500K、4500K以及3000K的預設色溫下個別對應的R/G值以及B/G值。此外，處理單元130可取得藍色在6500K、4500K以及3000K的預設色溫下個別對應的R/G值以及B/G值。在取得上述各個R/G值以及B/G值之後，處理單元130即可據以找出取像單元110所擷取畫面中接近純色的像素，進而在計算所述畫面的白平衡補償值時排除此像素，以避免此像素對補償後的畫面造成負面的影響。
綜上所述，在取得預設顏色在預設色溫下的第一及第二特定顏色比例之後，本發明提出的白平衡補償方法及其電子裝置可在計算所擷取畫面的白平衡補償值時排除接近純色的像素，進而避免這些像素對補償後的畫面造成負面的影響。具體而言，在 排除接近純色的像素之後，電子裝置即可較正確地判斷所擷取畫面的場景色溫，進而產生較適當的白平衡補償值。如此一來，即使原始圖像中包括大量的純色像素或接近純色的像素，電子裝置仍可依據正確的場景色溫產生較接近真實場景的補償後畫面，而不會讓補償後的畫面出現偏紅或是偏藍等失真的情形。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S210~S280‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種白平衡補償方法，適於一電子裝置，所述方法包括下列步驟：取得一預設顏色在一預設色溫下的一第一特定顏色比例以及一第二特定顏色比例；取得一參考顏色在該預設色溫下的一第一參考顏色比例以及一第二參考顏色比例；擷取包括多個像素的一畫面，並取得該畫面對應的一曝光索引值，其中各該像素具有一第一顏色比例以及一第二顏色比例；當該曝光索引值對應於該預設色溫時，從該些像素中取出多個特定像素；依據該些特定像素計算該畫面的多個白平衡補償值；取得該畫面的一畫面色溫；當該畫面色溫對應於該預設色溫時，依據該第一參考顏色比例以及該第二參考顏色比例更新該些白平衡補償值，其中該些白平衡補償值包括一第一補償值以及一第二補償值，且依據該第一參考顏色比例以及該第二參考顏色比例更新該些白平衡補償值的步驟包括將該第一補償值乘上該第一參考顏色比例以產生更新後的該第一補償值，以及將該第二補償值乘上該第二參考顏色比例以產生更新後的該第二補償值；以及依據更新後的該些白平衡補償值對各該像素進行一白平衡操作，以產生補償後的該畫面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該預設顏色包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一特定顏色比例為該預設顏色的該第一成分與該預設顏色的該第二成分之間的比例，而該第二特定顏色比例為該預設顏色的該第三成分與該預設顏色的該第二成分之間的比例，其中，該參考顏色包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一參考顏色比例為該參考顏色的該第一成分與該參考顏色的該第二成分之間的比例，而該第二參考顏色比例為該參考顏色的該第三成分與該參考顏色的該第二成分之間的比例，其中，各該像素包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一顏色比例為各該像素的該第一成分與各該像素的該第二成分之間的比例，而該第二顏色比例為各該像素的該第三成分與各該像素的該第二成分之間的比例。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中各該特定像素的該第一顏色比例小於該第一特定顏色比例，且各該特定像素的該第二顏色比例大於該第二特定顏色比例。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中依據更新後的該些白平衡補償值對各該像素進行該白平衡操作的步驟包括：將更新後的該第一補償值乘上各該像素的該第一顏色比例；以及將更新後的該第二補償值乘上各該像素的該第二顏色比例。
  5. 一種電子裝置，包括： 一取像單元；一儲存單元，儲存多個模組；以及一處理單元，耦接該取像單元以及該儲存單元，存取該些模組以執行下列步驟：取得一預設顏色在一預設色溫下的一第一特定顏色比例以及一第二特定顏色比例；取得一參考顏色在該預設色溫下的一第一參考顏色比例以及一第二參考顏色比例；控制該取像單元擷取包括多個像素的一畫面，並取得該畫面對應的一曝光索引值，其中各該像素具有一第一顏色比例以及一第二顏色比例；當該曝光索引值對應於該預設色溫時，從該些像素中取出多個特定像素；依據該些特定像素計算該畫面的多個白平衡補償值；取得該畫面的一畫面色溫；當該畫面色溫對應於該預設色溫時，依據該第一參考顏色比例以及該第二參考顏色比例更新該些白平衡補償值，其中該些白平衡補償值包括一第一補償值以及一第二補償值，且該處理單元經配置以將該第一補償值乘上該第一參考顏色比例以產生更新後的該第一補償值，以及將該第二補償值乘上該第二參考顏色比例以產生更新後的該第二補償值；以及依據更新後的該些白平衡補償值對各該像素進行一白平 衡操作，以產生補償後的該畫面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中該預設顏色包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一特定顏色比例為該預設顏色的該第一成分與該預設顏色的該第二成分之間的比例，而該第二特定顏色比例為該預設顏色的該第三成分與該預設顏色的該第二成分之間的比例，其中，該參考顏色包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一參考顏色比例為該參考顏色的該第一成分與該參考顏色的該第二成分之間的比例，而該第二參考顏色比例為該參考顏色的該第三成分與該參考顏色的該第二成分之間的比例，其中，各該像素包括第一成分、第二成分以及第三成分，並且，該第一顏色比例為各該像素的該第一成分與各該像素的該第二成分之間的比例，而該第二顏色比例為各該像素的該第三成分與各該像素的該第二成分之間的比例。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中各該特定像素的該第一顏色比例小於該第一特定顏色比例，且各該特定像素的該第二顏色比例大於該第二特定顏色比例。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中該處理單元經配置以：將更新後的該第一補償值乘上各該像素的該第一顏色比例；以及將更新後的該第二補償值乘上各該像素的該第二顏色比例。
TW103106041A 2014-02-24 2014-02-24 白平衡補償方法及其電子裝置 TWI523542B (zh)

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