專利名稱：白平衡控制方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理技術領域，尤其涉及一種白平衡控制方法及其裝置。
背景技術：
白平衡的目的是，以某一色溫光源照射時的圖像為目標值，調(diào)整圖像的色度增益，消除或減弱場景光源在不同色溫變化時對于圖像質(zhì)量的影響，使圖像質(zhì)量盡可能與目標色溫光源照射下一致。不難看出，白平衡控制的實質(zhì)是跟蹤光源色溫的變化，并根據(jù)這個變化值來動態(tài)調(diào)整圖像的色度增益。而在實際應用中，除了場景光源可能在不同色溫變化，場景自身也可能在發(fā)生變化。因此，白平衡控制的難點是如何剔除單純的場景變化而只跟蹤光源的色溫變化。現(xiàn)有的實用白平衡控制方法可以歸納為以下幾類:1.基于某種假設的方法，如假設整幅圖像的顏色均值是灰色的灰度世界法(Gray-world)，假設整幅圖像各通道值最大區(qū)域是白色的極大值法Max-RGB。2.基于參考點統(tǒng)計信息的色溫估計白平衡調(diào)整方法。第一類方法完全不考慮色溫的變化，只是簡單的統(tǒng)計整幅圖像的色度值，并向滿足其假設的目標值方向調(diào)整圖像的色度增益。由于實際場景經(jīng)常不滿足這類假設，因此限制了這類方法的使用范圍。第二類方法通過圖像中觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的均值變化來推斷場景中光源色溫的變化進而進行白平衡調(diào)整。相對第一類方法，后者的可靠性更高。但是在實際應用中，場景的變化而非光源色溫的變化也可能導致圖像中觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的均值變化。例如:當前場景光源色溫為6500K，并且場景的觀測區(qū)域中白色或灰色占較大比例，當場景的觀測區(qū)域開始有黃色物體或者藍色物體出現(xiàn)時，即使場景光源色溫沒有變化，但是觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的紅色或者藍色分量的均值開始變大。如果僅依賴于這些統(tǒng)計信息的均值變化來推斷場景中光源色溫的變化，會推斷出光源色溫降低或者升高的結論，按照這個結論調(diào)整圖像的色度增益會導致最終白平衡調(diào)整失敗，圖像偏藍或者偏紅。專利《啟動白平衡調(diào)節(jié)的控制方法和控制裝置》一文中提到了使用背景檢測單元提取圖像的背景區(qū)域，定義背景區(qū)域為觀測區(qū)域，通過比較連續(xù)兩幀觀測區(qū)域色度均值的差異來判斷圖像光源色溫是否發(fā)生變化。這種方法某種程度上削弱了運動物體對白平衡的影響，但是加入了背景檢測和提取單元，增加了白平衡控制的運算復雜度。而且從本質(zhì)上來說，依然屬于通過觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的均值變化來推斷場景中光源色溫的變化的方法。例如，對于光線反射能力較差的物體，比如顏色較深的塊，其對于光源色溫的變化并不敏感，假設背景區(qū)域存在相對較多的這些塊，那么光源色溫即使發(fā)生比較大的變化，對應到參考點統(tǒng)計信息的均值變化依然很小甚至不發(fā)生變化(比如整個背景全部由顏色較深的塊組成時)，可能無法觸發(fā)啟動白平衡調(diào)整的閾值，進而導致色溫變化的漏判。由上述可知，現(xiàn)有白平衡技術通常假設觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的均值發(fā)生變化對應著場景中光源色溫的變化，而這種假設在場景本身發(fā)生變化時并不成立，進而可能導致誤判光源色溫變化，白平衡調(diào)整失敗。即使某些白平衡控制方法通過背景提取等方法限制觀測區(qū)域，卻依然延續(xù)了統(tǒng)計信息的均值變化對應著光源色溫變化的這一假設，忽略了觀測區(qū)域均值變化無法如實反映場景光源色溫變化的情況。而且新增的背景提取相關模塊也額外增加了白平衡控制的運算復雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡易可行的白平衡控制方法及其裝置，解決目前白平衡控制方法中普遍采用的以觀測區(qū)域統(tǒng)計信息均值來估計場景中光源色溫的變化從而可能導致白平衡失效的問題，在提高白平衡調(diào)節(jié)的可靠性的同時沒有額外增加運算復雜度。為實現(xiàn)上述技術效果，本發(fā)明公開了一種白平衡控制方法，所述方法包括以下步驟:A0、定義參考點及對應的色彩空間上的坐標范圍；Al、按照某種規(guī)則劃分圖像的觀測區(qū)域；A2、分別計算得到連續(xù)兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息；A3、分析兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息的變化趨勢，當觀測區(qū)域的統(tǒng)計信息變化趨勢一致時，觸發(fā)白平衡調(diào)整模塊。所述方法進一步的改進在于，所述步驟AO包括:選擇白平衡參考點，并定義所述白平衡參考點在色彩空間上的坐標范圍。所述方法進一步的改進在于，所述步驟Al包括:對輸入圖像進行色度空間轉(zhuǎn)換至RGB域或YCBCR域，按照所述某種規(guī)則將轉(zhuǎn)換后的圖像在空間上劃分成若干個小的觀測區(qū)域。所述方法進一步的改進在于，所述步驟A2包括:統(tǒng)計有效觀測區(qū)域，進一步包括查找計算每一個觀測區(qū)域內(nèi)的白平衡參考點的總數(shù)；得到若干個有效觀測區(qū)域；同時計算連續(xù)兩幀圖像對應觀測區(qū)域的白平衡參考點的色度分量統(tǒng)計信息；當有效觀測區(qū)域數(shù)目小于某個閾值時，不調(diào)整當前幀圖像色度增益。所述方法進一步的改進在于，所述步驟A3包括:對觀測區(qū)域白平衡參考點的色度分量統(tǒng)計信息進行濾波，得到濾波后的色度分量統(tǒng)計信息；計算兩幀圖像對應觀測區(qū)域的分量統(tǒng)計信息之差；得出光源色溫變化幅度，并根據(jù)色溫變化幅度調(diào)整圖像目標色度增益。本發(fā)明還公開了一種白平衡控制裝置，包括:空間轉(zhuǎn)換單元，用于將輸入圖像轉(zhuǎn)換至目標色彩空間；觀測區(qū)域劃分單元，所述觀測區(qū)域劃分單元連接所述空間轉(zhuǎn)換單元，用于按照某種規(guī)則在空域上將輸入圖像劃分至若干觀測區(qū)域；色度分量計算單元，所述色度分量計算單元連接所述觀測區(qū)域劃分單元，用于計算兩幀圖像的觀測區(qū)域內(nèi)的色度分量；保護單元，所述保護單元連接所述色度分量計算單元，用于判斷是否延續(xù)使用前一幀的圖像目標色度增益；色度增益調(diào)整單元，所述色度增益調(diào)整單元連接所述保護單元，用于根據(jù)圖像目標色度增益調(diào)整白平衡各通道增益。所述裝置進一步的改進在于，所述某種規(guī)則是靜態(tài)的以預定義空域坐標作為劃分規(guī)則。所述裝置進一步的改進在于，所述某種規(guī)則是動態(tài)的按照圖像運動檢測結果作為劃分規(guī)則。所述裝置進一步的改進在于，所述色度分量計算單元進一步包括色度分量濾波單元以及與所述色度分量濾波單元相連接的色溫變化判斷單元、色度中值計算單元和色度極值計算單元。本發(fā)明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果是:本發(fā)明中的白平衡控制方法和裝置能夠很好的區(qū)分場景本身的變化和光源色溫的變化，引入的保護機制可以預防白平衡調(diào)整失敗的情況。實驗結果表明，在同樣的測試環(huán)境下，相對其它方法，本發(fā)明能夠最大程度的保留白色塊不偏色。本發(fā)明沒有使用白平衡控制方法中常用的色度統(tǒng)計均值，而是從本質(zhì)出發(fā)，考察兩幀圖像有效觀測區(qū)域的色度統(tǒng)計值的變化趨勢。這樣可以避免場景本身發(fā)生變化以及其它因素對于色度統(tǒng)計均值的影響，可以比較真實的反映場景光源色溫變化的情況。同時本發(fā)明實現(xiàn)方式靈活，可以避免背景提取等復雜模塊引入的復雜運算。


圖1是本發(fā)明白平衡控制裝置的一個實施例的結構示意圖。圖2是本發(fā)明白平衡控制方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。白平衡控制方法中，經(jīng)常通過計算觀測區(qū)域參考點統(tǒng)計信息的均值來推測場景中光源的色溫。專利《啟動白平衡調(diào)節(jié)的控制方法和控制裝置》一文則試圖通過添加額外的背景提取模塊來限制觀測區(qū)域，進而提升參考點統(tǒng)計信息的均值的可靠程度。與上述白平衡控制方法不同，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。首先參閱圖1所示，是本發(fā)明白平衡控制裝置I的一個實施方式的結構示意圖，該裝置I主要包括空間轉(zhuǎn)換單元201，觀測區(qū)域劃分單元202，色度分量計算單元203，保護單元204,色度增益調(diào)整單元205。其中，空間轉(zhuǎn)換單元201，用于將輸入圖像轉(zhuǎn)換至目標顏色空間。觀測區(qū)域劃分單元202連接空間轉(zhuǎn)換單元201，用于按照某種規(guī)則在空域上將輸入圖像劃分至若干觀測區(qū)域，其中上述的某種規(guī)則既可以是靜態(tài)的以預定義空域坐標作為劃分規(guī)則，也可以是動態(tài)的按照圖像運動檢測結果作為劃分規(guī)則，或者其它規(guī)則。色度分量計算單元203連接觀測區(qū)域劃分單元202，用于計算兩幀圖像的觀測區(qū)域內(nèi)的色度分量，色度分量計算單元203進一步包括色度分量濾波單元231以及與分量濾波單元231相連接的色溫變化判斷單元232、色度中值計算單元233和色度極值計算單元234。色度分量濾波單元231，用于分別對兩幀圖像的每一個有效觀測區(qū)域色度分量統(tǒng)計信息進行濾波，將向量ε i;J濾波為標量Ci，j,其中下標i表示時間域上的第i巾貞，j表示空間域上的第j塊觀測區(qū)域，ε.j是向量，由第i幀空間域上第j塊觀測區(qū)域的所有參考點色度分量統(tǒng)計信息組成。假設該觀測區(qū)域參考點個數(shù)為S，則ε。是s維向量。Cu是標量。其中，濾波既可以是簡單的中值，也可以是復雜的加權平均，權值的計算可以動態(tài)的根據(jù)每個實際參考點相對理想值的差異得到或者簡單的高斯加權，或者其它濾波方法。色溫變化判斷單元232，用于計算兩幀圖像第i幀與第k幀對應觀測區(qū)域Cy與Ctj之差Dp當Dj中的元素同時向某一個方向變化時，根據(jù)Ziliax區(qū)域色度分量統(tǒng)計值調(diào)整圖像色度增益。其中，I中的最大值在當前幀i幀中對應的觀測區(qū)域為Zjniax。色度中值計算單元233,用于計算當前巾貞η個有效觀測區(qū)域Ci,j=l, 2...η的色度統(tǒng)計中值。色度極值計算單元234,用于計算當前巾貞η個有效觀測區(qū)域Ci,j=l, 2…η的色度統(tǒng)計極大值和極小值。保護單元204連接觀測區(qū)域劃分單元202，用于判斷是否延續(xù)使用前一幀的圖像目標色度增益。色度增益調(diào)整 單元205連接保護單元204，用于根據(jù)圖像目標色度增益調(diào)整白平衡各通道增益。配合圖2所示，是本發(fā)明提供的白平衡控制方法的一個實施方式的流程圖，具體包括如下步驟:Α)對兩幀輸入圖像進行色彩空間轉(zhuǎn)換，分離出R、G、B三通道。需要注意的是，將圖像轉(zhuǎn)換至RGB域只是本專利的一個具體實施例，具體實現(xiàn)可以是YUV域或其它色彩空間，無論在何種色彩空間中計算，都不對本專利構成限制。所述兩幀圖像中，有一幀是當前幀圖像，另一幀圖像既可以是前一幀圖像也可以是之前任何一幀圖像。B)在空間域上，按照預定義規(guī)則分別將兩幀輸入圖像在空域上劃分成若干觀測區(qū)域。本實施例中通過空間坐標將輸入圖像的幅面平均分為16x16個觀測區(qū)域。需要注意的是，按照圖像幅面平均劃分觀測區(qū)域只是本專利的一個具體實施例。具體實現(xiàn)中，可以按照背景檢測結果提取并劃分圖像背景作為觀測區(qū)域，具體的背景提取方法有很多，在此不做贅述。無論在何種方法定義并劃分觀測區(qū)域，都不對本專利構成限制。C)按照預定義的白平衡參考點在色彩空間上的坐標范圍在每一個觀測區(qū)域內(nèi)統(tǒng)計參考點的數(shù)目，當某個觀測區(qū)域的白平衡參考點總數(shù)小于某個閾值時，則認為該觀測區(qū)域無效；當參考點數(shù)目大于預定義閾值時，認為該觀測區(qū)域有效。計算有效觀測區(qū)域的所有參考點色度分量統(tǒng)計值(R/B值)，假設第i幀第j個有效觀測區(qū)域，有s個參考點，則該區(qū)域色度分量統(tǒng)計值記為Si j，是s維向量。D)采用中值濾波將每個有效觀測區(qū)域的所有參考點色度分量統(tǒng)計值向量ε u提取為一個標量Cu。需要注意的是，按照中值濾波提取只是本專利的一個具體實施例。具體實現(xiàn)中，所述濾波既可以是簡單的中值，也可以是復雜的加權平均，權值的計算可以動態(tài)的根據(jù)每個實際參考點相對理想值的差異得到或者簡單的高斯加權，或者其它濾波方法。E)若當前幀i幀的有效區(qū)域有Iii個，前幀k幀的有效區(qū)域為nk個，則總的有效的觀測區(qū)域為兩者在空間上的交集n，Ii=Iii H nk，若η小于某個閾值如16時，不調(diào)整當前幀圖像色度增益。否則分別計算兩幀圖像對應的η個有效觀測區(qū)域Ciij與Clu之差Dj,當Dj大于某個預定義的閾值時，認為該點無效，將其濾除，最終得到η’維向量D。當D中的元素向某一個方向變化時，則認為光源色溫發(fā)生了變化，并且變化趨勢與D中的元素變化趨勢一致。此時根據(jù)色溫變化調(diào)整圖像目標色度增益。反之則認為光源色溫沒有變化。F)由于相同材質(zhì)的前提下，一般認為白色區(qū)域?qū)τ诠庠瓷珳氐淖兓蠲舾?。因此，在布驟Ε)中判斷光源色溫發(fā)生變化后，在向量D的所有標量中查找最大值，其對應的第i幀的觀測區(qū)域為Zjmax,讀取該區(qū)域所有參考點的R，G, B值，為三個向量Rumax, Gi；Jmax, Bi；Jmax,
采用D)中的濾波方法分別將其提取為三個標量G5 B5根據(jù)這三個標量計算α/ll與g/b
作為白平衡R通道和B通道色度調(diào)整的目標增益，同時將這兩個增益更新至RPMTag與BPMTag，白平衡目標增益計算結束。G)在布驟E)中判斷光源色溫沒有發(fā)生變化后，計算當前幀i幀的所有有效觀測區(qū)域色度統(tǒng)計值Cu的中值j=l，2吣IIi，其對應的第i幀的觀測區(qū)域為Z_d，按照布驟F)中類似的方法計算出R通道和B通道色度調(diào)整的目標增益^一與1-8。若其與當前應用的R通道和B通道色度調(diào)整目標增益RPMTag與BPMTag滿足以下公式:
^MedTag~^~^MedTag ^PreTag ^PreTa
g|彡Thi，其中ThI為閾值，11為取絕對值操作，并且持續(xù)滿足該公式一段時間，比如兩百幀后，觸發(fā)保護機制，使用觀測區(qū)域色度分量的中值RfcdTag與BfedTag替換當前應用的R通道和B通道色度調(diào)整目標增益。白平衡目標增益計算結束。考慮到白平衡控制的魯棒性，防止某些極端情況下的色溫變化漏判以及錯誤的傳遞。本發(fā)明同時引入了保護機制，當認為光源色溫無變化時，若以下情況中的任意一個成立:a、若以當前幀觀測區(qū)域色度分量Cj的中值計算出的圖像色度增益與當前應用的目標色度增益差異大于某個閾值時；b、當Cu中極大值與極小值差異大于某個閾值時。并且持續(xù)一段時間后，即使判斷色溫沒有變化，依然不再延續(xù)使用前一幀的圖像目標色度增益，而改用觀測區(qū)域色度分量的中值作為調(diào)整圖像色度增益的依據(jù)。即在布驟E)中判斷光源色溫沒有發(fā)生變化后，計算當前幀i幀的所有有效觀測區(qū)域色度統(tǒng)計值^=1，2吣1^中的極大值與極小值，若兩者差異大于某個閾值時，并且持續(xù)滿足該條件一段時間，比如兩百幀后，觸發(fā)保護機制，使用觀測區(qū)域色度分量的中值RfcdTag與BfcdTag替換當前應用的R通道和B通道色度調(diào)整目標增益。白平衡目標增益計算結束。H)若布驟G)未觸發(fā)保護機制，則不改變白平衡目標增益，延續(xù)使用RPMTag與BPMTag為目標色度增益。以上結合附圖實施例對本 發(fā)明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構成對本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種白平衡控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: A0、定義參考點及對應的色彩空間上的坐標范圍； Al、按照某種規(guī)則劃分圖像的觀測區(qū)域； A2、分別計算得到連續(xù)兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息； A3、分析兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息的變化趨勢，當觀測區(qū)域的統(tǒng)計信息變化趨勢一致時，觸發(fā)白平衡調(diào)整模塊。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟AO包括:選擇白平衡參考點，并定義所述白平衡參考點在色彩空間上的坐標范圍。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟Al包括:對輸入圖像進行色度空間轉(zhuǎn)換至RGB域或YCBCR域，按照所述某種規(guī)則將轉(zhuǎn)換后的圖像在空間上劃分成若干個小的觀測區(qū)域。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟A2包括:統(tǒng)計有效觀測區(qū)域，進一步包括查找計算每一個觀測區(qū)域內(nèi)的白平衡參考點的總數(shù)；得到若干個有效觀測區(qū)域；同時計算連續(xù)兩幀圖像對應觀測區(qū)域的白平衡參考點的色度分量統(tǒng)計信息；當有效觀測區(qū)域數(shù)目小于某個閾值時，不調(diào)整當前幀圖像色度增益。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟A3包括:對觀測區(qū)域白平衡參考點的色度分量統(tǒng)計信息進行濾波，得到濾波后的色度分量統(tǒng)計信息；計算兩幀圖像對應觀測區(qū)域的分量統(tǒng)計信息之差；得出光源色溫變化幅度，并根據(jù)色溫變化幅度調(diào)整圖像目標色度增益。
6.一種白平衡控制裝置，其特征在于所述裝置包括: 空間轉(zhuǎn)換單元，用于將輸入圖像轉(zhuǎn)換至目標色彩空間； 觀測區(qū)域劃分單元，所述觀測區(qū)域劃分單元連接所述空間轉(zhuǎn)換單元，用于按照某種規(guī)則在空域上將輸入圖像劃分至若干觀測區(qū)域； 色度分量計算單元，所述色度分量計算單元連接所述觀測區(qū)域劃分單元，用于計算兩幀圖像的觀測區(qū)域內(nèi)的色度分量； 保護單元，所述保護單元連接所述色度分量計算單元，用于判斷是否延續(xù)使用前一幀的圖像目標色度增益； 色度增益調(diào)整單元，所述色度增益調(diào)整單元連接所述保護單元，用于根據(jù)圖像目標色度增益調(diào)整白平衡各通道增益。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于:所述某種規(guī)則是靜態(tài)的以預定義空域坐標作為劃分規(guī)則。
8.如權利要求6所述的裝置，其特征在于:所述某種規(guī)則是動態(tài)的按照圖像運動檢測結果作為劃分規(guī)則。
9.如權利要求6所述的裝置，其特征在于:所述色度分量計算單元進一步包括色度分量濾波單元以及與所述色度分量濾波單元相連接的色溫變化判斷單元、色度中值計算單元和色度極值計算單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種白平衡控制方法及其裝置，所述方法包括以下步驟A0、定義參考點及對應的色彩空間上的坐標范圍；A1、按照某種規(guī)則劃分圖像的觀測區(qū)域；A2、分別計算得到連續(xù)兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息；A3、分析兩幀圖像的觀測區(qū)域參考點色度分量統(tǒng)計信息的變化趨勢，當觀測區(qū)域的統(tǒng)計信息變化趨勢一致時，觸發(fā)白平衡調(diào)整模塊。本發(fā)明中的白平衡控制方法和裝置能夠很好的區(qū)分場景本身的變化和光源色溫的變化，引入的保護機制可以預防白平衡調(diào)整失敗的情況。實驗結果表明，在同樣的測試環(huán)境下，相對其它方法，本發(fā)明能夠最大程度的保留白色塊不偏色。
文檔編號H04N9/73GK103200410SQ20131011121
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權日2013年4月1日
發(fā)明者董鵬宇, 萬建軍, 湯勇, 吳子輝, 陳曉春, 代小云 申請人:上海富瀚微電子有限公司