CN116095511A - 一种半自动白平衡实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半自动白平衡实现方法，涉及数字图像处理技术领域，包括如下步骤：步骤一、拍摄白平衡参考图像；步骤二、对白平衡参考图像进行图像有效性判断；步骤三、对满足步骤二中图像有效性的白平衡参考图像进行增益有效性判断；步骤四、将满足步骤三中增益有效性的白平衡参考图像应用于后续拍摄图像的白平衡校正。本发明需要用户提供白平衡参考图像，通过对参考图像进行数值统计得到各通道增益值，该增益值既可以进行一定的人为干预，也相较手动调整降低了调整难度，同时，通过图像有效性和增益有效性两种限制，可以确保参考图像符合一定的规范，有效防止因参考图像选取不当导致的白平衡异常问题。

Description

一种半自动白平衡实现方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体是一种半自动白平衡实现方法。

背景技术

白平衡算法作为ISP pipeline中极为重要的一环，主要用来解决由环境光影响造成的采集图像颜色与物体真实颜色存在偏差的问题。例如，使用摄像头拍摄白色物体，理想情况下，经过白平衡处理的图像应使白色物体在任何光源下都呈现为白色。常用的白平衡算法包括灰度世界法、完美反射法、动态阈值法等等，这些都属于自动白平衡算法，即不需要用户提供输入，算法基于一定的原理、假设等自动对拍摄图像进行白平衡处理。

以灰度世界法为例，灰度世界法以灰度世界假设为基础，该假设认为：对于一幅有着大量色彩变化的图像,其R,G,B三个色彩分量的平均值趋于同一灰度值K，算法的主要流程如下：

1)确定K值:取预先设定的固定值(如最亮灰度值的一半)，或自动计算K值，方法为计算图像RGB三通道的平均值

取

2)计算RGB三通道的增益系数:

3)对于图像中RGB每个通道的各像素点R_i,j,G_i,j,B_i,j，计算其经过校正后的值R_i,j′,G_i,j′,B_i,j′:

R_i,j′＝gain_R×R_i,j；G_i,j′＝gain_G×G_i,j；B_i,j′＝gain_B×B_i,j；

上述颜色平衡算法将灰度世界这一假设强制应用于待处理图像，以从图像中消除环境光的影响，使图像中的物体呈现其真实的色彩。

对于非自动白平衡算法来说，诸如gain_R,gain_G,gain_B之类的增益值是可以根据使用者的主观感受等进行人为调整的，从而使图像更接近物体真实的颜色，或者进行一些图像风格的改变。人为调整的方式进行非自动白平衡算法，是一种更灵活但门槛也相对更高的白平衡方式。

在现有技术中，白平衡算法大多是基于自动模式，或是辅以手动调整，这样的方案存在以下缺点：

1、自动白平衡算法不准确，如灰度世界法在面对大块单色物体时通常会失效，原因是自动白平衡算法所依据的假设一般基于较为理想的情况，当面对更复杂的场景时可能会难以应对；

2、手动调整门槛高，效率较差，且很难评估图像是否已调整到较佳的状态，主观性依赖强；

3、自动+手动的方式虽可以取长补短，但对于用户来说实现较为繁琐，无法满足快节奏时代下的用户需求。

发明内容

本发明的目的：针对上述单独进行自动白平衡算法和手动调整白平衡中存在的问题，本发明提出一种半自动白平衡实现方法。

技术内容：一种半自动白平衡实现方法，包括如下步骤：

步骤一、拍摄白平衡参考图像；

步骤二、对白平衡参考图像进行图像有效性判断；

步骤三、对满足步骤二中图像有效性的白平衡参考图像进行增益有效性判断；

步骤四、将满足步骤三中增益有效性的白平衡参考图像应用于后续拍摄图像的白平衡校正。

进一步的，所述步骤一中，拍摄白平衡参考图像时，应在常规模式对准具有大面积白色的物体拍摄，所述大面积白色的物体为白墙、投影幕布或者白纸。

进一步的，所述步骤二中，图像有效性判断的步骤如下：

步骤1)、通过无效像素下限thL和上限thH两个参数，对有效像素点的像素值进行限制；遍历三通道图像，若某个像素点的任一通道像素值p不满足公式：thL≤p≤thH，则将该像素点的三通道像素值均置为0，即该像素点为无效像素点，后续不再参与均值的计算；

步骤2)、当无效像素点的个数不超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像有效；当无效像素点的个数超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像无效，提示用户白平衡设置失败，程序运行结束。

进一步的，所述步骤三中，增益有效性判断具体为：

1)以G通道为基准，计算白平衡参考图像R通道和B通道相对G通道的增益，分别为gain_R和gain_B，公式如下：

其中，

为各通道的均值；

2)提供一组或几组可接受的增益有效范围，以进一步确保用于校正的增益在合理范围内，在每组数据中，R通道增益gain_R和B通道增益gain_B应满足：

GainThL_R≤gain_R≤GainThH_R

GainThL_B≤gain_B≤GainThH_B

其中，GainthL_R,GainThL_B表示RB通道的有效增益下限，GainthH_R,GainThH_B表示RB通道的有效增益上限。

进一步的，所述步骤三中，增益有效性判断可以根据增益有效范围设置标准模式增益有效判断和风格化模式的增益有效判断，具体的：

1)标准模式增益有效判断：

至少提供一组标准模式的增益有效范围，即保证在该范围内的增益值，将其应用于待校正图像后，图像中物体的颜色贴近其实际颜色；

2)风格化模式的增益有效判断：

在标准模式增益有效范围的基础上，扩大阈值范围；在进行设置风格化的增益有效范围时，应关闭图像有效性判断或提供相应的适用于风格化的无效像素限制范围。

进一步的，所述步骤四中，白平衡参考图像的应用方式具体为:对于RB两通道中的各像素值R_i,j和B_i,j，计算其经过校正的值R_i,j′和B_i,j′，计算公式如下:

R_i,j′＝gain_R×R_i,j；

B_i,j′＝gain_B×B_i,j。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.相比于自动白平衡算法，本发明的方法通用性更强，不再局限于有着丰富色彩的自然场景，一次校正成功后，可以随意应用于各种场景；

2.相比于手动白平衡算法，调整更便捷，系统的自动化流程使用户不需要比对色卡进行校正，只需在使用环境下拍摄一次白色物体即可；

3.相比于自动搭配手动的白平衡算法，能够更大程度弥补两种方法的不足，无需进行繁琐的手动调整即可实现更稳定的白平衡校正，同时也保留了风格化的接口，在确保使用便利的同时，并未牺牲其灵活性，兼具了两种模式的优点，避免了二者的缺点，在提高白平衡准确性和用户体验舒适性方面均有了极大的改善。

附图说明

图1本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明的技术方案展开详细具体的说明。

本发明提供了一种半自动白平衡实现方法，所谓半自动指的是需要用户提供白平衡参考图像，通过对参考图像进行数值统计得到各通道增益值，该增益值既可以进行一定的人为为干预，也相较手动调整降低了调整难度，同时，通过图像有效性和增益有效性两种限制，可以确保参考图像符合一定的规范，有效防止因参考图像选取不当导致的白平衡异常问题。本发明的半自动白平衡实现方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、拍摄白平衡参考图像；

在开启白平衡功能时，用户需要通过拍摄提供一张用于参考的白平衡图像，该图像在常规模式下应尽量对准具有大面积白色的物体拍摄，如白墙，投影幕布，白纸等。本实施例中拍摄白墙作为白平衡参考图像。

步骤二、对白平衡参考图像进行图像有效性判断；

用户拍摄的用于参考的白平衡图像，理论上应该是纯白色的，在实际使用中可以接受一定的偏差，如接近白色，带有少许杂色等。

图像有效性判断是对拍摄的白平衡参考图像的整体质量进行评估，具体步骤如下：

步骤1)、通过无效像素下限thL和上限thH两个参数，对有效像素点的像素值进行限制；遍历三通道图像，若某个像素点的任一通道像素值p不满足如下公式：

thL≤p≤thH

则将该像素点的三通道像素值均置为0，即该像素点为无效像素点，后续不再参与均值的计算。

本实施例中无效像素下限thL和上限thH两个参数，具体设置数值为：thL＝180，thH＝235。

步骤2)、当无效像素点的个数不超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像有效；当无效像素点的个数超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像无效，提示用户白平衡设置失败，程序运行结束。

本实施例中既定阈值，具体设置数值为图像像素总数的0.6倍。本实施例中使用的图像像素为3840×2160，因此既定阈值H＝3840×2160×0.6＝4,976,640

步骤三、对满足步骤二中图像有效性的白平衡参考图像进行增益有效性判断；

增益有效性判断具体过程为：

1)以G通道为基准，计算白平衡参考图像R通道和B通道相对G通道的增益，分别为gain_R和gain_B，公式如下：

其中，

为各通道的均值。

2)在该步骤中，通过试验提供一组或几组可接受的增益有效范围，以进一步确保用于校正的增益在合理范围内，在每组数据中，R通道增益gain_R和B通道增益gain_B应满足：

GainThL_R≤gain_R≤GainThH_R

GainThL_B≤gain_B≤GainThH_B

其中，GainthL_R,GainThL_B表示RB通道的有效增益下限，GainthH_R,GainThH_B表示RB通道的有效增益上限。

增益有效性判断可以根据增益有效范围设置标准模式增益有效判断和风格化模式的增益有效判断，具体的：

1)标准模式增益有效判断：

至少提供一组标准模式的增益有效范围，即保证在该范围内的增益值，将其应用于待校正图像后，图像中物体的颜色贴近其实际颜色；

本实施例中，标准模式增益有效范围具体设置数值为：

GainThL_R＝GainThL_B＝0.97

GainThH_R＝GainThH_B＝1.02

2)风格化模式的增益有效判断：

在标准模式增益有效范围的基础上，扩大阈值范围；在进行设置风格化的增益有效范围时，应关闭图像有效性判断或提供相应的适用于风格化的无效像素限制范围，如适当降低thL。

步骤四、将满足步骤三中增益有效性的白平衡参考图像应用于后续拍摄图像的白平衡校正。

若用户拍摄的白平衡参考图像同时满足步骤二图像有效性和步骤三的增益有效性，则可将其应用于后续拍摄图像的白平衡校正中，直到用户提供新的用于白平衡参考的图像。而对于没能通过图像有效性或增益有效性判断的白平衡参考图像，则需要提示用户拍摄图像不满足要求，需重新拍摄。

白平衡参考图像的应用方式与自动白平衡的灰度世界法相似，即对于RB两通道中的各像素值R_i,j和B_i,j，计算其经过校正的值R_i,j′和B_i,j′，具体计算公式如下：

R_i,j′＝gain_R×R_i,j；

B_i,j′＝gain_B×B_i,j。

后续拍摄的图片，比单纯自动白平衡算法更准确，不会出现特定场景、构图时图像色偏较大的情况。

本发明相比于自动白平衡算法，通用性更强，不再局限于有着丰富色彩的自然场景，一次校正成功后，在相同的环境光下，可以随意应用于各种场景；

相比于手动白平衡算法，调整更便捷，系统的自动化流程使用户不需要比对色卡进行校正，只需在使用环境下拍摄一次白色物体即可；

相比于自动搭配手动的白平衡算法，能够更大程度弥补两种方法的不足，无需进行繁琐的手动调整即可实现更稳定的白平衡校正，同时也可保留风格化的接口，在确保使用便利的同时，并未牺牲其灵活性，兼具了两种模式的优点，避免了二者的缺点，在提高白平衡准确性和用户体验舒适性方面均有了极大的改善。

Claims (6)

1.一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、拍摄白平衡参考图像；

步骤二、对白平衡参考图像进行图像有效性判断；

步骤三、对满足步骤二中图像有效性的白平衡参考图像进行增益有效性判断；

步骤四、将满足步骤三中增益有效性的白平衡参考图像应用于后续拍摄图像的白平衡校正。

2.根据权利要求1所述的一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，所述步骤一中，拍摄白平衡参考图像时，应在常规模式对准具有大面积白色的物体拍摄，所述大面积白色的物体为白墙、投影幕布或者白纸。

3.根据权利要求1所述的一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，所述步骤二中，图像有效性判断的步骤如下：

步骤1)、通过无效像素下限thL和上限thH两个参数，对有效像素点的像素值进行限制；遍历三通道图像，若某个像素点的任一通道像素值p不满足公式：thL≤p≤thH，则将该像素点的三通道像素值均置为0，即该像素点为无效像素点，后续不再参与均值的计算；

步骤2)、当无效像素点的个数不超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像有效；当无效像素点的个数超过既定阈值时，判定该白平衡参考图像无效，提示用户白平衡设置失败，程序运行结束。

4.根据权利要求1所述的一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，所述步骤三中，增益有效性判断具体为：

1)以G通道为基准，计算白平衡参考图像R通道和B通道相对G通道的增益，分别为gain_R和gain_B，公式如下：

其中，

为各通道的均值；

2)提供一组或几组可接受的增益有效范围，以进一步确保用于校正的增益在合理范围内，在每组数据中，R通道增益gain_R和B通道增益gain_B应满足：

GainThL_R≤gain_R≤GainThH_R

GainThL_B≤gain_B≤GainThH_B

其中，GainthL_R,GainThL_B表示RB通道的有效增益下限，GainthH_R,GainThH_B表示RB通道的有效增益上限。

5.根据权利要求4所述的一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，所述步骤三中，增益有效性判断可以根据增益有效范围设置标准模式增益有效判断和风格化模式的增益有效判断，具体的：

1)标准模式增益有效判断：

至少提供一组标准模式的增益有效范围，即保证在该范围内的增益值，将其应用于待校正图像后，图像中物体的颜色贴近其实际颜色；

2)风格化模式的增益有效判断：

在标准模式增益有效范围的基础上，扩大阈值范围；在进行设置风格化的增益有效范围时，应关闭图像有效性判断或提供相应的适用于风格化的无效像素限制范围。

6.根据权利要求5所述的一种半自动白平衡实现方法，其特征在于，所述步骤四中，白平衡参考图像的应用方式具体为:对于RB两通道中的各像素值R_i,j和B_i,j，计算其经过校正的值R_i,j ^′和B_i,j ^′，计算公式如下:

R_i,j ^′＝gain_R×R_i,j；

B_i,j ^′＝gain_B×B_i,j。

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