近年來,隨著智能手機、相機等設備的普及以及人工智能時代的到來,人們對圖像質(zhì)量提出了越來越高的要求。圖像信號處理器是整個成像系統(tǒng)的核心,決定了最終圖像質(zhì)量。自動白平衡是整個圖像信號處理器中的一個重要組成部分,用于修正受光源色溫影響而出現(xiàn)的圖像整體色偏問題,使圖像更好的還原物體本身的顏色,進而提高圖像質(zhì)量。本文通過對多種自動白平衡算法的研究,從保證自動白平衡效果及適于硬件實現(xiàn)的角度出發(fā),提出了一種基于色溫曲線的改進的自動白平衡算法。該算法結(jié)合灰度世界算法及色溫曲線白平衡算法,分析不同色系點B/G、R/G在不同色溫情況下的分布,根據(jù)分布情況對圖像中的灰色系點進行篩選,并將篩選后得到的點的信息作為白平衡處理的相關數(shù)據(jù)。白平衡處理過程中,為解決環(huán)境瞬時突變可能出現(xiàn)的圖像過處理問題,增加了畫面防抖動功能。同時采用自適應可變步長漸進調(diào)節(jié)策略,解決了顯示畫面受實時環(huán)境影響出現(xiàn)的閃爍問題,提高了用戶實際體驗。該算法規(guī)避了單色場景失效的情況,提高了自動白平衡算法實現(xiàn)效果,同時在保證計算精度的前提下降低了算法復雜度,降低了該算法硬件實現(xiàn)復雜度及硬件資源開銷。在算法驗證效果滿足設計要求后,結(jié)合SOC整體架構設... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

自動白平衡算法劃分

玫母袷轎猂GB、YUV。（1）Bayer域色彩空間當前采集圖像色彩時，一般通過使用濾鏡進行采集所需信息，不同的濾鏡可透過采集的信息不同。若需得到R、G、B三通道色彩信息，對每一個像素點來說均有三塊濾鏡。這將使濾鏡材料成本大幅上升，同時由于其精密性，三塊濾鏡完全對齊也會花費大量成本[18]。當用Bayer格式進行圖像采集時，很好的解決了這個問題。對RGB所需的三通道信息按一定的格式進行壓縮，在每個像素點只采集一個通道的信息，這種方式即Bayer域色彩空間格式，具有四種不同格式，如圖2.1所示：（a）（b）（c）（d）圖2.1Bayer域色彩空間格式由圖2.1可以發(fā)現(xiàn)無論哪種格式，G通道占比都是二分之一，是其他兩通道占比之和。這是因為人類的視覺系統(tǒng)對綠色的敏感度高于其他兩種顏色通道，因此增加了bayer格式下G通道的所占比例。（2）RGB域色彩空間RGB色彩空間，該色彩空間通過Red、Green、Blue三種色彩通道強度的不同組合來表示色彩，通過這種方式可以表示出所有當前已知的顏色。特別的，當R=G=B時表現(xiàn)出的顏色為灰色，R=G=B=0時表現(xiàn)出的顏色為黑色，R=G=B=Max（最大取值）時表現(xiàn)出的顏色為白色[19]。組合得到的顏色如公式（2.1）所示：h（2.1）可見，F(xiàn)的顏色是由其R、G、B值組合得到的，任意一個值的改變對最后得到的顏色情況均有改變。但這種色彩空間建模方式把三通道的的色調(diào)、亮度、飽和度完全放在一起表示[20]，在某些處理過程中存在局限性。（3）YUV域色彩空間YUV域，常常用于視頻傳輸，其Y通道對應圖像的亮度，而U、V兩通道均對應色度。當只接受到亮度信息而未接收到色度信息時，圖像呈現(xiàn)黑白狀態(tài)。因此在許多國家通過這種方式來使得發(fā)出的視頻信息可同時被彩色、黑白電視接收使用，分別接收各

2色彩學及圖像信號處理技術9自所需信號即可[21]。該空間本質(zhì)上來說是對RGB空間中信息的分離，可直接通過對RGB域進行矩陣變換得到，轉(zhuǎn)換公式如式（2.2）所示：hhhhhhh（2.2）2.1.3顏色恒常性在不同光源下能夠保持相同色彩的能力叫顏色恒常性。人類能夠感受到物體的顏色，是因為光線照射在物體上時，其中部分特定波長的光線被物體表面所吸收，而另一部分波長的光則會被物體表面反射出來，人類的視覺系統(tǒng)對其進行了捕獲，在視覺上則是獲得了該物體的顏色[22]。我們知道物體本身所呈現(xiàn)的具體顏色與光源色溫息息相關，光源的改變往往會帶來具體顏色的改變。但現(xiàn)實中光照的顏色發(fā)生變化時，人類視覺系統(tǒng)所受到的影響并不顯著，對同一物體觀察到的顏色在光照顏色變化前后幾乎沒有什么變化。如當進入從較亮環(huán)境進入一個偏暗環(huán)境時，雖然在剛進入時會感到整個環(huán)境偏暗[23]，看環(huán)境內(nèi)物體會出現(xiàn)顏色色偏現(xiàn)象，但經(jīng)過一段時間適應環(huán)境后，再看環(huán)境內(nèi)物體會發(fā)現(xiàn)這種色偏消失了，其對物體的感知恢復了物體本身的顏色。這種顏色恒常性是我們?nèi)祟惖囊豁椫匾母兄芰�，能夠通過經(jīng)驗自動的進行物體色偏的校正，即自動白平衡。2.2圖像成像技術簡介目前而言，相機或攝像機的基本架構，如圖2.2所示:圖2.2圖像成像過程由圖2.2可以看出，圖像成像過程大致可分為以下三個過程：1）鏡頭聚焦拍攝對象反射的光并投射相應感光介質(zhì)上進行曝光，完成光電信息之間的轉(zhuǎn)換。2）電信號經(jīng)過放大、濾波等處理后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。3）數(shù)字信號在圖像信號處理器（ISP）中，進行色彩校正、降噪、白平衡、銳化、壓縮等相關處理，最后對處理后的圖像信息進行輸出，并進行存儲。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于FPGA的實時MIPI CSI-2圖像采集與處理系統(tǒng)[J]. 李先友,趙曙光,段永成,王建強.  電子技術應用. 2019(01)
[2]基于SoC的小型集成化視頻采集處理系統(tǒng)研究[J]. 蘇紅.  計算機測量與控制. 2018(12)
[3]一種改進的暗通道先驗水下彩色圖像復原算法[J]. 胡學龍,張文,胡鑄鑫,陸慧敏.  揚州大學學報(自然科學版). 2018(04)
[4]基于暗通道先驗和灰度世界的自動白平衡算法改進[J]. 李曉川,黃成強,祝永新,田犁,閔嘉華,汪輝.  工業(yè)控制計算機. 2018(11)
[5]圖像拼接篡改的自動色溫距離分類檢驗方法[J]. 孫鵬,郎宇博,樊舒,沈喆,彭思龍,劉磊.  自動化學報. 2018(07)
[6]夜間圖像的白平衡算法研究與實現(xiàn)[J]. 陳光化,張犁.  微電子學與計算機. 2018(03)
[7]一種暗通道優(yōu)先的快速自動白平衡算法[J]. 王飛,王偉.  光電工程. 2018(01)
[8]基于局部色溫估計的電子內(nèi)鏡圖像自動白平衡算法[J]. 白昆侖,陳曉冬,孫學斌,汪毅,郁道銀,孫剛,揚云生.  中國生物醫(yī)學工程學報. 2015(04)
[9]基于異構多核構架的紅外與可見光實時融合系統(tǒng)[J]. 熊偉,楊紅雨,袁學東,李曉峰.  四川大學學報(工程科學版). 2015(S2)
[10]一種基于基本色系的自動白平衡方法[J]. 羊海龍.  浙江科技學院學報. 2015(01)

博士論文
[1]彩色數(shù)字相機成像系統(tǒng)的關鍵性技術研究[D]. 郭惠楠.中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所） 2014

碩士論文
[1]無人機相機自動曝光與自動白平衡算法的研究與實現(xiàn)[D]. 羅青松.長安大學 2018
[2]攝像機自動聚焦與白平衡算法研究及實現(xiàn)[D]. 張朵朵.西安電子科技大學 2017
[3]基于色偏檢測及Green通道的白平衡研究[D]. 朱鵬.西安電子科技大學 2015
[4]基于圖像分析的3A算法研究[D]. 杜磊.西安電子科技大學 2014
[5]基于R/G-B/G直方圖自動白平衡算法的研究與實現(xiàn)[D]. 李銳鋒.哈爾濱工業(yè)大學 2013



本文編號：3505422