一种自适应白平衡控制方法及其系统与流程

本发明涉及白平衡控制技术领域，特别涉及一种自适应白平衡控制方法及其系统。

背景技术：

数字照相机和数字摄像机等使用图像传感器的摄像设备具有白平衡控制功能以调整所拍摄的图像的色调，白平衡控制是基于白平衡系数来校正像素值以便将白色被摄体的图像拍摄为白色的处理。

传统的白平衡控制按计算模块可以分为区域白平衡控制和全局白平衡控制。

在区域白平衡控制中，拍摄需要先指定图像中白色区域，并通过控制电路告诉设备，设备计算出区域的颜色通道，然后获得白平衡系数；在这种白平衡控制中，优点是效果理想，但存在的问题是得预先设定白色区域，缺少灵活的适应性。

在全局白平衡控制中，控制电路默认计算全帧图像的着颜色通道，然后获得白平衡系数；在这种白平衡控制中，存在的问题，过多的无效数据参与计算，效果不是很理想，同时计算量也大；使用这种方法需要配合白纸校正，效果才会理想。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现白平衡校正的自适应白平衡控制方法及其系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：

一种自适应白平衡控制方法，包括以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。

本发明采用的第二种技术方案为：

一种自适应白平衡控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。

本发明的有益效果在于：

本方案通过采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据，根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值，通过本方案的控制方法计算得到的白平衡增益值得精确度高，不仅能够省去了区域白平衡控制要预先设定光源区域的步骤，用户体验得到提高，而且还能够去掉了全局白平衡控制的无效数据，节省硬件算力，更准确地提取到白平衡系数。

附图说明

图1为根据本发明的一种自适应白平衡控制方法的步骤流程图；

图2为根据本发明的一种自适应白平衡控制系统的结构示意图；

图3为根据本发明的一种自适应白平衡控制方法的采集到的灰度图；

图4为根据本发明的一种自适应白平衡控制方法的灰度图的直方统计图；

图5为根据本发明的一种自适应白平衡控制方法的采集到的图像的示意图；

图6为根据本发明的一种自适应白平衡控制方法的采集到的图像的示意图；

标号说明：

1、处理器；2、存储器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明提供的一种技术方案：

一种自适应白平衡控制方法，包括以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

本方案通过采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据，根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值，通过本方案的控制方法计算得到的白平衡增益值得精确度高，不仅能够省去了区域白平衡控制要预先设定光源区域的步骤，用户体验得到提高，而且还能够去掉了全局白平衡控制的无效数据，节省硬件算力，更准确地提取到白平衡系数。

进一步的，所述白平衡增益值的计算方法为：

s21、根据采集到的图像的光源区域，计算所采集图像的有效光源区域的阈值，得到第一光源掩模值；

s22、根据所述第一光源掩模值，对图像的光源区域内颜色分量的红蓝增益值进行计算，得到白平衡增益值。

由上述描述可知，通过上述方法计算得到的白平衡增益值的准确度更高，从而使得最终提取到的白平衡系数的准确度更佳。

进一步的，步骤s21和步骤s22之间还包括以下步骤：

根据所述第一光源掩模值，计算得到第二光源掩模值。

由上述描述可知，通过上述步骤能够得到更准确的光源掩模值，能够得到的白平衡增益值的准确度更高，从而使得最终提取到的白平衡系数的准确度更佳。

进一步的，所述图像的光源区域中的有效光源区域的采集方法为：

对采集的图像进行前景分离，得到有效光源区域。

请参照图2，本发明提供的另一种技术方案：

一种自适应白平衡控制系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

本方案通过采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据，根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值，通过本方案的控制方法计算得到的白平衡增益值得精确度高，不仅能够省去了区域白平衡控制要预先设定光源区域的步骤，用户体验得到提高，而且还能够去掉了全局白平衡控制的无效数据，节省硬件算力，更准确地提取到白平衡系数。

进一步的，所述处理器执行所述计算机程序时进一步实现以下步骤：

s21、根据采集到的图像的光源区域，计算所采集图像的有效光源区域的阈值，得到第一光源掩模值；

s22、根据所述第一光源掩模值，对图像的光源区域内颜色分量的红蓝增益值进行计算，得到白平衡增益值。

由上述描述可知，通过上述方法计算得到的白平衡增益值的准确度更高，从而使得最终提取到的白平衡系数的准确度更佳。

进一步的，所述处理器执行所述计算机程序时还实现以下步骤：

根据所述第一光源掩模值，计算得到第二光源掩模值。

由上述描述可知，通过上述步骤能够得到更准确的光源掩模值，能够得到的白平衡增益值的准确度更高，从而使得最终提取到的白平衡系数的准确度更佳。

进一步的，所述处理器执行所述计算机程序时进一步实现以下步骤：

对采集的图像进行前景分离，得到有效光源区域。

请参照图1，本发明的实施例一为：

一种自适应白平衡控制方法，包括以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；所述图像的光源区域中的有效光源区域的采集方法为：对采集的图像进行前景分离，得到有效光源区域。

其中，上述的图像是由相机感光器对光辐射的感应产生的，光源向外均匀辐射光子，经过观测物体时，观测物体对光辐射进行吸收、反射和折射，使均匀光辐射非均匀化，因此，图像可以分为观测区域和非观测区域，即图像分为前景和背景(光源)，如果可以把不均匀区域去除，即剥离前景，遗留下的背景即是我们需要的光源区(均匀辐射区)；

本步骤的图像可使用图像传感器得到原始图像数据raw；通过内置于工业相机内算法来提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据，建模图像为前景加背景，通过边缘提取，分割图像前背景得到光源掩模，再对掩模利用形态学算法进一步精确出有效数据。

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

所述白平衡增益值的计算方法为：

s21、根据采集到的图像的光源区域，计算所采集图像的有效光源区域的阈值，得到第一光源掩模值；步骤s21具体实施方式为：对图像进行直方图统计，使用最小二乘法遍历直方图找到前背景方差最大的值当阈值t，遍历像素p，得到第一光源掩模值i1；

具体操作步骤如下：

步骤1、设阈值t＝1；

步骤2、前景区间[0，t]，背景区间为[t+1，255]；

概率分布函数pi＝ni/n，ni是灰度为i的数量，n是总数量，导入直方图数据得到分布情况，得到的公式如下：

前景概率背景概率

前景灰度背景灰度

整图灰度

步骤3、计算方差：

步骤4、循环t从0到255(循环1-3步骤)查找方差最大时的t即为阈值；

得到t后在判断光源区占比，过大在区间[t+1，255]，过小在区间[0，t]再执行步骤1，循环确认光源区占比；

占比合理后进腐蚀光源区；

根据边缘检测的阈值(即t)，二值化灰图；二值化灰图是一种图像运算，得到t就可以以t为阈值对灰度力图按公式p(i，j)处理，小于t置0，大等于t设255，这样灰度图就转为只有二种值的二值图像，这是后面判断有效数据的依据。

公式：

这样就可以得到有效数据的掩模。

为了缩小光源区，去掉前北景的缓冲区域，更准确找到光源区可通过膨胀前景，二值化图有很多细节是边界或噪声等，因此采用膨胀消除边界，使背景范围减少，尽量保证光源区有效性；膨胀是将与物体接触的所有背景点合并到该物体中，用膨胀因子滑过像素函数；使边界向外部扩张的过程。

前景和背景的确定通过膨胀因子与像素函数的卷积决定。

膨胀因子系数确定是通过对二值图像进行横纵方向检索最大的白区域尺度，做为膨胀因子，保证减少白区域的前提下又能够保留白区域。

s22、根据所述第一光源掩模值，对图像的光源区域内颜色分量的红蓝增益值进行计算，得到白平衡增益值。步骤s22具体实施方式为：根据光源掩模矩阵i，点乘原始图像数据，统计出光源有效数据的红蓝通道和sum_c＝i·raw，然后除以掩模有效像素个数i_pixels，得到有效数据均值avg＝sum_c/i_pixels，从而计算得到白平衡增益矩阵m＝avgg/avg＝(avgg/avgr，1，avgg/avgb)，其中avgg/avgr表示红通道的增益值，1表示绿通道的增益值，avgg/avgb表示蓝通道的增益值，具体计算过程如下：

以绿通道为基准，计算红通道增益值，红通道的增益值为绿通道的有效数据平均值除以红通道的有效数据平均值，即avgg/avgr；同理，绿通道的增益值为avgg/avgg＝1，蓝通道的增益值为avgg/avgb，用1x3矩阵形式表示就是m＝avgg/avg＝(avgg/avgr，1，avgg/avgb)。

在步骤s21和步骤s22之间，还包括以下步骤：

根据所述第一光源掩模值，计算得到第二光源掩模值。具体为：应用形态学对第一光源掩模值i1进行腐蚀，进一步精确第一光源掩模值i1，得到第二光源掩模值i2。

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。步骤s3具体实施方式为：在步骤s22的具体实施方式中得到了白平衡增益矩阵m，这一模块对整张原始图像数据raw应用白平衡增益，还原图像色彩，即矩阵运算。

上述的自适应白平衡控制方法的具体实施为：

步骤s1、通过图像传感器得到图像数据raw，解码得到源色彩图像并转灰度图。

步骤s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

包括步骤s21和步骤s22，如下：

步骤s21的具体实施方式为：对灰度图(图3)进行直方图统计(直方图如图4)，得到数据如表1：

表1：

通过使用最小二乘法遍历直方图找到当阈值t＝96，前景和背景方差等于5265689904473.8643时为最大。

根据边缘检测的阈值(即t＝96)，二值化灰图，遍历像素p，得到第一光源掩模值i1(即图5)；

应用形态学对第一光源掩模值i1进行腐蚀，进一步精确第一光源掩模值i1，得到第二光源掩模值i2(即图6)。

步骤s22、根据所述光源掩模值，对图像的光源区域内颜色分量的红蓝增益值进行计算，得到白平衡增益值；具体为：根据光源掩模矩阵i，点乘原始图像数据，统计出光源有效数据的红蓝通道和sum_c＝i·raw(其中i和raw是转化为宽乘高(mxn)维向量点乘，得到的是常数，又因为raw是含有红绿蓝三通道，所以是三个通道的共用公式，得到红绿蓝有效像素总和的一个1x3矩阵sum_c，则红通道的有效像素和＝116433161.28，绿通道的有效像素和＝118094642.64，蓝通道的有效像素和＝98883314.88)，然后除以掩模有效像素个数i_pixels＝719256，得到得到有效数据均值avg＝sum_c/i_pixels＝(161.88，164.19，137.48)，白平衡增益矩阵m＝avgg/avg＝(164.19/161.88，164.19/164.19，164.19/137.48)＝(1.014，1，1.194)。

步骤s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理；步骤s3具体实施方式为：在步骤s22的具体实施方式中得到了白平衡增益矩阵m，这一模块对整张原始图像数据raw应用白平衡增益，还原图像色彩，即矩阵运算，最终实现白平衡功能；

以下举例植物细胞图像与骨骼肌切片图像在经过区域白平衡方法处理、全局白平衡方法处理以及自适应白平衡方法处理得到的数据如下表2所示：

表2：

从上表中的数据可以得知图像在自适应白平衡方法处理后的数偏差值好于在全局白平衡方法处理后的偏差值，而略小于等于区域白平衡方法处理后的偏差值。

ycrcb色彩空间的重要性是它的亮度信号y和色度信号cr、cb是分离的。

ycrcb与rgb相互转换的公式如下︰

通过rgb可求色差，公式如下：

同理

请参照图2，本发明的实施例二为：

一种自适应白平衡控制系统，包括存储器2、处理器1以及存储在所述存储器2上并可在所述处理器1上运行的计算机程序，所述处理器1执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据；

s2、根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值；

s3、根据计算得到的所述白平衡增益值，对所述图像进行白平衡处理。

所述处理器1执行所述计算机程序时进一步实现以下步骤：

s21、根据采集到的图像的光源区域，计算所采集图像的有效光源区域的阈值，得到第一光源掩模值；

s22、根据所述第一光源掩模值，对图像的光源区域内颜色分量的红蓝增益值进行计算，得到白平衡增益值。

所述处理器1执行所述计算机程序时还实现以下步骤：

根据所述第一光源掩模值，计算得到第二光源掩模值。

所述处理器1执行所述计算机程序时进一步实现以下步骤：

对采集的图像进行前景分离，得到有效光源区域。

综上所述，本发明提供的一种自适应白平衡控制方法及其系统，本方案通过采集图像的光源区域中的有效光源区域，提取所采集图像的光源区域中的有效光源区域的有效数据，根据提取到的所述有效数据，计算得到白平衡增益值，通过本方案的控制方法计算得到的白平衡增益值得精确度高，不仅能够省去了区域白平衡控制要预先设定光源区域的步骤，用户体验得到提高，而且还能够去掉了全局白平衡控制的无效数据，节省硬件算力，更准确地提取到白平衡系数。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。