专利名称：一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法
技术领域：
本发明涉及一种相机图像非均匀性校正，尤其涉及一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法
背景技术：
随着光电传感器件性能和可靠性提高，以CCD、CMOS光电探测器为基础的成像系统已广泛应用于工业检测、军工国防、空间观测等领域。以光电探测器为基础的相机在均匀光源照射下，输出图像每个像元灰度值理论上应该完全相同，但事实上各像元输出会有差异，造成相机图像这种像元灰度非均匀性的主要原因有以下几个方面(I)相机镜头光学系统中cos4因素，即光轴外像点光照度随视场角余弦的四次方而降低；(2)相机探测器生产工艺等因素造成像元响应固有非均匀性；(3)相机机械装配等原因造成相机成像非均匀性。在相机实际应用中，特别是在目标观测和高精度的测量中，相机成像不均匀性引起的图像条纹、亮暗不均会给观测图像质量带来较大的影响，对测量结果带来较大误差。为了提高图像质量和测量精度，必须对相机图像不均匀性进行校正。目前广泛采用的单通道黑白相机图像非均匀校正方法有单点校正法、两点校正法、多点拟合校正法等。针对Bayer滤波阵列彩色相机而言，不同于单通道的黑白相机图像，Bayer滤波阵列彩色相机图像分为R、G、B三个通道，每一个像素点都只有一种颜色通道灰度值，如图I所示。因此单通道黑白相机图像现有校正方法不能直接应用于Bayer滤波阵列彩色相机，而且现有校正方法在相机对光强响应为线性时，具有较高精度，但实际工程中，相机对光强响应往往并不是绝对线性的，采用传统方法对图像非均匀性进行校正没有考虑到相机对光照强度响应的非线性造成的校正误差。专利CN 100458380C中公开了一种基于Wiener滤波理论的非制冷红外焦平面非均匀校正算法，但未考虑非均匀图像按不同通道、不同灰度值区间图像各像素间非均匀校正。专利CN 102176742A中公开了一种图像校正系数的获取方法，非均匀图像校正方法及系统，提出将探测器阵列进行分组，利用每两组图像均值之差平方和最小准则获取校正参数，但未涉及各组图像内部非均匀性。上述两项专利技术均未涉及Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法。该方法首先解决了传统单通道黑白相机图像非均匀性校正方法无法直接应用于Bayer滤波阵列彩色相机图像的问题，同时降低了相机对光照响应为非线性所造成的图像非均匀校正误差，从而提高了图像非均匀性校正的精度。本发明技术方案如下
一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，其特征在于该方法包括如下步骤(I)获取Bayer滤波阵列彩色相机在均勻光照下的N幅Bayer格式图像IMGn(η =
1,2,……,N)；(2)将步骤⑴获取的Bayer格式图像MGn分解为三幅图像，分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三通道颜色，并按图像灰度均值将各图像进行分组，计算出相机图像非均匀校正系数PAR ； (3)应用校正系数PAR对Bayer滤波阵列彩色相机图像进行非均匀性校正。所述步骤(I)具体为获取Bayer滤波阵列彩色相机在不同光照强度的均匀光照下的N幅Bayer格式图像IMGn(η = 1,2,……，N)，其中N幅Bayer格式图像IMGn对应N级光照强度，且覆盖了图像灰度范围。所述步骤⑵具体为a、首先将Bayer格式图像数据MGn按所属通道分解为R通道图像IMG、6通道图像IMG〖4通道图像IMG；b、计算R通道图像IMG灰度均值，根据大小将R通道图像IMG划分为M组，分别对应图像M段灰度区间范围；c、在M段灰度区间内，分段计算各灰度区间的非均匀定标校正系数PAR= (m = 1,2,……，M)，其中￥AKRm=[aRmX]，各灰度区间可采用的非均匀校正系数获取方法包括单点法、两点法、多点拟合法之一 ；d、同理可得G、B通道PAR=、PAR^。则Bayer格式相机图像非均匀校正系数PAR 包括 PAR=，PAR 二 PAR^。所述步骤(3)具体为a、针对Bayer滤波阵列彩色相机待校正图像MG_P，首先将IMG_P分解为R、G、B三通道图像PARK，PARg, PARb。贝UPAR=(Xj)表示頂G_P的红色(R)通道图像PARk中坐标为(x，y)的像素点灰度值，且灰度值属于第m段灰度区间。根据图像各像素灰度值，选择与之对应的灰度区间范围的校正系数进行分段校正，校正公式为
_ 8] ΙΜδ—PmR (x,y) =4 · IMG—PmR (x,y)+b^其中ΙΜδ—P= (x,y)为校正之后的红色(R)通道图像ΙΜδ—PR*坐标为(x，y)的像素点灰度值山、同理对待校正图像MG_P的G、B通道图像MG_Pe、MG_PB进行校正，得到非均匀校正之后G、B通道图像ΙΜδ—Pg、ΙΜδ—ΡΒ; C、将ΙΜδ—Pr，ΙΜδ—Pg，ΙΜδ—Pb合成得到非均匀校正之后图像ΙΜδ—P。本发明的技术结果本发明所述方法通过将均匀光照下Bayer格式图像分解为R、G、B三通道图像，并且分别计算图像不同灰度区间的校正系数，从而对待校正的非均匀图像按不同通道、不同灰度值区间分别进行图像各像素非均匀校正。本发明首先解决了传统单通道黑白相机图像非均匀性校正方法无法直接应用于Bayer滤波阵列彩色相机图像的问题，同时提高了相机对光照强度响应为非线性时，图像非均匀性校正的精度。
图I为Bayer滤波阵列彩色相机图像R、G、B三通道数据的一种排列方式。图2为应用本发明所述方法获取Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀校正系数流程图。
图3为将均匀光照下Bayer格式图像頂G1分解为三IMGf、IMGf、IMGf通道图像。其中A、图像MG1 ;B、红色通道图像IMGf ;C、红色通道图像IMGf ;D、红色通道图像IMGf。 图4为应用本发明所述方法对Bayer滤波阵列彩色相机待校正图像进行非均匀校正流程图。图5 为IMGf、IMGf、IMGf 经校正后的图像ΙΜδ—Pf、IMG P10 > IMG Pf，
并合成Bayer格式图像ΙΜδ—P1。其中Α、为校正后红通道图像ΙΜδ—Rr ; B、为校正后绿通道图像ΙΜδ—Pf ; C、为校正后蓝通道图像ΙΜδ—Pf ; D、为校正后三通道图像合成Bayer格式图
像 ΙΜδ—P1 O图6为IMG1的三通道图像校正前、经现有方法校正后、经本发明方法校正后，中间一行像素灰度值曲线图。其中Α、红通道图像校正前、经现有方法校正后、经本发明方法校正后，第432行像素灰度值曲线；Β、绿通道图像校正前、经现有方法校正后、经本发明方法校正后，第864行像素灰度值曲线；C、蓝通道图像校正前、经现有方法校正后、经本发明方法校正后，第432行像素灰度值曲线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本发明方法进一步说明。本实施例Bayer滤波阵列彩色相机图像像素分辨率为2352 1728，灰度范围为O到255，图像R、G、B三通道数据的排列方式如图I所示。应用本发明所述方法对Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性进行校正包括以下几个步骤(I)获取Bayer滤波阵列彩色相机在均勻光照下的N幅Bayer格式图像IMGn(η =
1,2,……,N) ο本实施例中，取N = 4，则共获取4幅Bayer滤波阵列彩色相机在均匀光照下图像。(2)获取的Bayer格式图像MGn分解为三幅图像，分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三通道颜色，并按图像灰度均值将各图像进行分组，计算出相机图像非均匀校正系数PAR。本实施例中，应用本发明所述方法获取Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀校正系数流程如图2所示。将IMGn按所属通道分解为R通道图像IMG、G通道图像IMG〖、B通道图像IMG ，如图3所示为IMG1分解为IMGf、IMGf、IMGf，像素分辨率分别为1176X864、1176X1728,1176X864 ；计算各图像灰度均值，以R通道图像为例，计算得R通道图像灰度均值，根据 大小将R通道图像IMG划分为M组，本实施例中，取M = 2，且e
时，IMG^
属于第I组，e[128,255]时，IMG=属于第2组。则本实施例中，根据大小，划分IMGf、IMG〖为第I组，IMG、IMG〖为第2组；采用两点法分别计算2段灰度区间的图像非均匀定标校正系数PARf、PARf，其中PARf = [af, bf ] ,PAR^ =[々2β ]。同理可得G、B通道PARf，PARf , PAR^, PARf。则Bayer格式相机图像总体非均匀校正系数 PAR 包括PARf，PAR^, PARf，PAR^, PAR , PARf。(3)应用校正系数PAR对Bayer滤波阵列彩色相机图像进行非均匀性校正。本实施例中，应用本发明所述方法对Bayer滤波阵列彩色相机图像进行非均匀性校正流程如图4所不。对Bayer滤波阵列彩色相机待校正图像MG_P，首先将MG_P分解为R、G、B三通道图像 MG_PK，IMG_Pg, IMG_Pb0 则IMG—P= (x,_y)表示 MG_P 的红色(R)通道图像 MG_PK 中坐标为(x，y)的像素点灰度值，且灰度值属于第m段灰度区间。根据图像各像素灰度值，选 择与之对应的灰度区间范围的校正系数进行分段校正，校正公式为IMg—PmR (x,y) =< · IMG—PmR (x,y)+b^其中ΙΜδ—P= (x,y)为校正之后的红色(R)通道图像ΙΜδ—PR*坐标为(x,y)的像素点灰度值；同理对待校正图像頂的G、B通道图像MG_Pe、IMG_PB进行校正，得到非均匀校正之后G、B通道图像ΙΜδ—P°、IMG Pb ο将ΙΜδ—Pr、IMG Pg > ΙΜδ—Pb合成得到非均匀校正之后图像ΙΜδ—P，如图5所示为IMG—P1' IMG—P1' IMG—Pf经校正后的图像ΙΜδ—Rr、IMG P10、ΙΜδ—Pf并合成图像ΙΜδ—P1。如图6所示为IMG1的三通道图像校正前、经现有方法校正后、经本发明方法校正后，中间一行像素灰度值曲线图。本发明未详述部分属于本技术领域的公知技术。以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，其特征在于该方法包括如下步骤 (1)获取Bayer滤波阵列彩色相机在均勻光照下的N幅Bayer格式图像IMGn,其中η=1,2,……,N； (2)将步骤⑴获取的Bayer格式图像頂Gn分解为三幅图像，分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三通道颜色，并按图像灰度均值将各图像进行分组，计算出相机图像非均匀校正系数 PAR; (3)应用校正系数PAR对Bayer滤波阵列彩色相机图像进行非均匀性校正。
2.根据权利要求I所述的Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，其特征在于所述步骤(I)具体为获取Bayer滤波阵列彩色相机在不同光照强度的均匀光照下的N幅Bayer格式图像IMGn，η = 1,2,……，N，其中N幅Bayer格式图像IMGn对应N级光照强度，且覆盖了图像灰度范围。
3.根据权利要求I所述的Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，其特征在于所述步骤(2)具体为 a、首先将Bayer格式图像数据IMGn按所属通道分解为R通道图像IMG、G通道图像IMGn0、B通道图像IMG;; b、计算R通道图像IMG灰度均值gmy，根据gray大小将R通道图像IMG划分为M组，分别对应图像M段灰度区间范围； C、在M段灰度区间内，分段计算各灰度区间的非均匀定标校正系数PAR^m= 1，2，……，M，其中PAR=，各灰度区间可采用的非均匀校正系数获取方法包括单点法、两点法、多点拟合法； d、同理可得G、B通道PAR=，PAR^，则Bayer格式相机图像非均匀校正系数PAR包括PAR:， PAR^, PAR^o
4.根据权利要求I所述的Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，其特征在于所述步骤(3)具体为 a、针对Bayer滤波阵列彩色相机待校正图像MG_P，首先将MG_P分解为R、G、B三通道图像MG_PK，IMG_Pg, MG_Pb，则IMG—P=(x,>0表示頂G_P的红色(R)通道图像MG_PK中坐标为(X，y)的像素点灰度值，且灰度值属于第m段灰度区间，根据图像各像素灰度值，选择与之对应的灰度区间范围的校正系数进行分段校正，校正公式为IMG_PmR (x,y) =a: · IMG—P: (x,y)+b: 其中ΙΜδ—P=(x,y)为校正之后的红色(R)通道图像ΙΜδ—PR*坐标为(x，y)的像素点灰度值； b、同理对待校正图像MG_P的G、B通道图像MG_Pe、IMG_PB进行校正，得到非均匀校正之后G、B通道图像ΙΜδ—PG，IMG_Pb ; C、将ΙΜδ—ΡΒ，ΙΜδ—P°，ΙΜδ—Pb合成得到非均匀校正之后图像ΙΜδ—P。
全文摘要
一种Bayer滤波阵列彩色相机图像非均匀性校正方法，步骤包括(1)获取Bayer滤波阵列彩色相机在均匀光照下的多幅Bayer格式图像；(2)将获取的均匀光照下的Bayer格式图像分解为三幅图像，分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三通道颜色，并按图像灰度均值将各图像进行分组，计算出相机图像非均匀校正系数；(3)应用获取的校正系数对Bayer滤波阵列彩色相机图像进行非均匀性校正。该方法首先解决了传统单通道黑白相机图像非均匀性校正方法无法直接应用于Bayer滤波阵列彩色相机图像的问题，同时降低了相机对光照响应为非线性所造成的图像非均匀校正误差，从而提高了图像非均匀性校正的精度。
文档编号H04N9/64GK102622739SQ20121009088
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者余国彬, 刘恩海, 周向东, 周武林, 王进, 赵汝进, 钟杰, 陈元培 申请人:中国科学院光电技术研究所