全天候彩色摄像机白平衡处理方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法及装置，所述方法包括通过训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表；获取待处理图像，并获取该当前待处理图像的图像亮度以及与该之相对应的曝光参数，依据所述曝光参数、图像亮度以及映射关系表获取当前的环境照度信息；依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处理图像进行去红外影响处理；对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。采用本发明可以避免自动白平衡过程中由于受到红外光的影响而无法有效校正而造成的失真问题，同时解决了低照情形的亮度问题，使得在低照情形下仍能获取质量很好的彩色图像。
【专利说明】全天候彩色摄像机白平衡处理方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理【技术领域】，具体而言，涉及一种全天候彩色摄像机白平衡处 理方法及装置。
【背景技术】
[0002] 通常，数码摄像机和数码照相机等视频摄像设备一般包含：光学镜头、图像传感 器、图像处理芯片、图像传输模块和图像显示模块。
[0003] 众所周知，同种颜色的物体在不同光源的照射下会呈现出不同的颜色，例如，灰色 的物体在白炽灯照射下会呈现黄色，在冷光源照射下会呈现青色等。由于人眼具有基于此 类环境下对于颜色的自动调节功能，因此在不同的光源下，人眼可以还原物体的本质颜色。 然而，在此类环境下，经过光学镜头和图像传感器处理后输出的颜色与人眼观察的结果则 有差异，例如通过一具体实验表明，在日光灯照射下，灰色物体经过光学镜头和图像传感器 处理后输出的图像呈现明显的绿色。因此，必须对该输出图像的颜色进行处理，使其在不 同的光源下呈现与人眼观察的结果相同或相近的灰色，目前主要采用白平衡校正的实现方 法。
[0004] 在现有的实现白平衡校正的方法中，在光学镜头和图像传感器之间会添加一个双 滤镜IR_CUT。具体地，在实际应用当中，当光学镜头外的光线强度感应装置侦测到光线的强 弱变化后，IR-CUT自动切换滤光片，从而使输出图像达到最佳效果：当IR_CUT切换到红外 滤光片时，过滤掉红外光波段，最终的输出图像显示为彩色；当IR_CUT切换到全透光谱滤 光片时，最终的输出图像为黑白。
[0005] 然而，通常实际使用的图像传感器（无论是CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）还是CCD (Charge-coupled Device，电荷稱合兀 件)）均可以感应到所有可见光波段和部分红外光波段。当IR_CUT切换为全透光谱滤光片 时，图像传感器的红色接收器在获取红色光波段的同时还获取红外光波段，从而会导致输 出图像中红色光波段会比正常值大，使输出图像整体偏红，此时采用现有的白平衡算法则 无法对这些输出图像进行校正。当IR_CUT切换为红外滤光片时，虽然可以有效过滤红外光 波段，但同时也会降低进光量，降低图像亮度，从而导致图像处理芯片中曝光参数提高，进 而增大了噪声，特别是在低照环境中，图像的噪声会急剧增加。
[0006] 另外，双滤镜IR_CUT在使用时还具有以下两个较大的缺陷：
[0007] (1)无论是正常切换还是异常切换时，由于IR_CUT都需要机械地来回切换，在经 过较长时间的机械磨损后，比较容易损坏；
[0008] (2)在实际应用当中，目前的用于IR_CUT的切换算法相对不太可靠，例如在切换 的临界光照情形下会导致IR_CUT来回的切换，由此导致IR_CUT的损坏几率进一步提高。
【发明内容】
[0009] 为了解决现有采用双滤镜IR_CUT实现白平衡校正的方法所出现的输出图像偏红 导致难以执行白平衡校正和低照环境下导致输出图像的噪声增大的问题，本发明实施例的 目的在于提供一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法及装置，以及一不包含IR_CUT的全 天候彩色摄像机，其可以有效的对输出图像进行白平衡校正、以获取颜色艳丽、图像噪声较 小的彩色图像。
[0010] 为了达到本发明实施例的目的，本发明采用以下技术方案实现：
[0011] 一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法，包括：
[0012] 通过训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表；
[0013] 获取待处理图像，并获取该当前待处理图像的图像亮度以及与该之相对应的曝光 参数，依据所述曝光参数、图像亮度以及映射关系表获取当前的环境照度信息；
[0014] 依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处理图像 进行去红外影响处理；
[0015] 对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
[0016] 优选地，通过训练以得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关 系表的步骤包括：
[0017] 用不同的光源照射素材获取图像，同时获取光学镜头附近的环境照度信息、图像 的曝光参数信息以及获取的图像的亮度信息；
[0018] 据此建立图像的曝光参数、图像亮度和环境照度之间的映射关系表并保存。
[0019] 优选地，依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处 理图像进行去红外影响处理的步骤包括：
[0020] 依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息计算红外光波 段在环境照度中的比值；
[0021] 依据该比值对待处理图像的各通道数据进行去红外影响处理，以剔除红外光的影 响。
[0022] 优选地，对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正的步骤包括：
[0023] 对处理图像进行分块；
[0024] 挑选出色彩接近灰色的图像块作为候选灰块；
[0025] 依据候选灰块计算出待处理图像的灰块的色彩值；
[0026] 依据待处理图像的灰块的色彩值获得白平衡校正参数；
[0027] 依据得到的白平衡校正参数对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校 正。
[0028] 一种全天候彩色摄像机白平衡处理装置，包括：
[0029] 第一数据采集单元，用于采集不同光源照射素材的图像并获取该图像的图像亮度 信息；获取在拍摄该图像时当前的环境照度信息以及图像处理芯片的曝光参数信息；
[0030] 训练单元，用于从第一数据采集单元获取图像亮度信息以及与之对应的环境照度 信息和图像处理芯片的曝光参数信息，并据此训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环 境照度三者之间的映射关系表；
[0031] 第二数据采集单元，用于实时获取监控区域的待处理图像，并获取该待处理图像 的图像亮度信息以及当前红外光强度信息，同时还从图像处理芯片获取当前曝光参数信 息；去红外影响单元，用于从第二数据采集单元获取与当前待处理图像对应的曝光参数以 及图像亮度信息，并据此查询所述映射关系表获取当前的环境照度信息；以及进一步依据 当前的环境照度信息以及从第二数据采集单元获取的红外光强度信息对待处理图像进行 去红外影响处理；
[0032] 白平衡校正单元，用于对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
[0033] 优选地，所述训练单元包括：
[0034] 处理单元，用于在不同光源照射素材的环境之下，训练得到图像的曝光参数、图像 亮度以及环境照度三者之间的映射关系表；
[0035] 保存单元，用于存储图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度三者之间的映射关 系表。
[0036] 优选地，所述去红外影响单元包括：
[0037] 接收单元，用于从第二数据采集单元获取与当前待处理图像对应的曝光参数以及 图像亮度信息；以及用于获取当前红外光强度信息；以及进一步用于从训练单元获取图像 的曝光参数、图像亮度以及环境照度三者之间的映射关系表；
[0038] 剔除红外影响处理单元，用于依据与所述待处理图像相对应的曝光参数以及图像 亮度查询所述映射关系表获取当前的环境照度信息，以及依据当前的环境照度信息以及当 前红外光强度信息对待处理图像进行去红外影响处理。
[0039] 优选地，所述剔除红外影响处理单元依据当前的环境照度信息以及当前红外光强 度信息对待处理图像进行去红外影响处理的步骤包括：
[0040] 依据当前的环境照度信息以及当前红外光强度信息计算红外光波段在环境照度 中的比值；
[0041] 依据该比值对待处理图像的各通道数据进行去红外影响处理，以剔除红外光的影 响。
[0042] 优选地，所述白平衡校正单元包括：
[0043] 图像分块单元，用于对处理图像进行分块；
[0044] 提取候选灰块单元，用于挑选出色彩接近灰色的图像块作为候选灰块；
[0045] 灰块确定单元，用于依据候选灰块计算出待处理图像的灰块的色彩值；
[0046] 白平衡校正参数确定单元，用于依据待处理图像的灰块的色彩值获得白平衡校正 参数；
[0047] 白平衡校正单元，用于对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
[0048] 一种全天候彩色摄像机，包括光学镜头、图像传感器、图像处理芯片、图像传输模 块和图像显示模块，其还包括如上所述的全天候彩色摄像机白平衡处理装置，所述装置包 括：
[0049] 第一数据采集单元，用于采集不同光源照射素材的图像并获取该图像的图像亮度 信息；获取在拍摄该图像时当前的环境照度信息以及图像处理芯片的曝光参数信息；
[0050] 训练单元，用于从第一数据采集单元获取图像亮度信息以及与之对应的环境照度 信息和图像处理芯片的曝光参数信息，并据此训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环 境照度三者之间的映射关系表；
[0051] 第二数据采集单元，用于实时获取监控区域的待处理图像，并获取该待处理图像 的图像亮度信息以及当前红外光强度信息，同时还从图像处理芯片获取当前曝光参数信 息；去红外影响单元，用于从第二数据采集单元获取与当前待处理图像对应的曝光参数以 及图像亮度信息，并据此查询所述映射关系表获取当前的环境照度信息；以及进一步依据 当前的环境照度信息以及从第二数据采集单元获取的红外光强度信息对待处理图像进行 去红外影响处理；
[0052] 白平衡校正单元，用于对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
[0053] 采用本发明实施例提供的上述技术方案，其摄像机可以避免自动白平衡过程中由 于受到红外光的影响而无法有效校正而造成的失真问题，同时解决了低照情形的亮度问 题，使得在低照情形下仍能获取质量很好的彩色图像，同时还不影响照度较高情形下白平 衡校正工作，用户体验较佳。
[0054] 除此之外，本发明实施例提供的摄像机由于不再包含IR_CUT这个部件，相对于现 有的采用了 IR_CUT的摄像机而言，一定程度上在能够获得较优画质的同时，降低摄像机的 整体成本，同时由于不用受到IR_CUT受损的影响，提高了摄像机的可用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0055] 图1为本发明提供的一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法流程示意图；
[0056] 图2为本发明一具体实施例提供的一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法流程 示意图；
[0057] 图3为本发明实施例提供的一种全天候彩色摄像机白平衡处理装置结构示意图。
[0058] 本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进 一步的说明。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本 领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限 定。
[0060] 本发明实施例的主要思想为：
[0061] 首先通过训练得到图像的曝光参数、图像亮度与环境照度之间的映射关系；
[0062] 然后获取待处理图像、曝光参数和红外光强度，依据曝光参数、图像的图像亮度以 及环境照度三者之间的映射关系计算得到环境照度；
[0063] 再依据环境照度与红外光的比值，对待处理图像剔除红外光影响，生成无红外光 影响的图像；
[0064] 最后对无红外影响的图像进行白平衡校正。
[0065] 更为具体地，如图1所示，本发明实施例提供的一种全天候彩色摄像机白平衡处 理方法，包括如下步骤：
[0066] S10、通过训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表；
[0067] S20、获取待处理图像，并获取该当前待处理图像的图像亮度以及与该之相对应的 曝光参数，依据所述曝光参数、图像亮度以及映射关系表获取当前的环境照度信息；
[0068] S30、依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处理 图像进行去红外影响处理；
[0069] S40、对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
[0070] 在训练以获得曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表时，每一次拍 摄目标素材时的实时环境照度可以通过照度计等测试设备准确的获取。
[0071] 但是在实际应用当中，由于受体积以及成本的影响(通常照度计等测量设备具有 较大的体积以及较为昂贵的价格，将其布置于数量众多的视频监控点显然不合时宜)，照度 计等用以精确测量当前环境照度的测试设备显然不能派上用场，通常，也可以通过采用简 易的如光敏电阻等测量设备来测量环境照度，但是此类测量设备测出的数据准确度较低，
[0072] 从而在本发明实施例的一个方面，通过采用训练的方法，保存图像亮度、曝光参数 和环境照度之间的映射关系并形成映射关系表，以便在后续的图像处理过程中通过查表的 的方式获取当前环境照度信息，相比采用光敏电阻等测量设备测量环境照度数据具有较高 的准确度。
[0073] 具体地，在所述步骤S10中，通过训练以得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境 照度之间的映射关系表的步骤包括：
[0074] S101、用不同的光源照射素材获取图像，同时获取光学镜头附近的环境照度信息、 图像处理芯片处理该图片时的曝光参数信息以及获取的图像的图像亮度信息；
[0075] S102、据此建立图像的曝光参数、图像亮度和环境照度之间的映射关系表并保存。
[0076] 具体地，根据本发明实施例的一个方面，在所述步骤S30中，依据当前的环境照度 信息以及红外光强度信息对待处理图像进行去红外影响处理的步骤包括：
[0077] S301、依据当前的环境照度信息以及红外光强度信息计算红外光波段在环境照度 中的比值；
[0078] S302、依据该比值对待处理图像的各通道数据进行去红外影响处理，以剔除红外 光的影响。
[0079] 具体地，根据本发明实施例的一个方面，在所述步骤S40中，对经去红外影响处理 得到的处理图像进行白平衡校正的步骤包括：
[0080] S401、对处理图像进行分块；
[0081] S402、挑选出色彩接近灰色的图像块作为候选灰块；
[0082] S403、依据候选灰块计算出待处理图像的灰块的色彩值；
[0083] S404、依据待处理图像的灰块的色彩值获得白平衡校正参数；
[0084] S405、依据得到的白平衡校正参数对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平 衡校正。
[0085] 本发明一具体实施例的实现步骤包括：
[0086] 步骤1 :采集不同强度的光源照射素材时产生的颜色图像，获取光学镜头附近的 环境照度和颜色图像的亮度以及曝光参数，得到曝光参数、图像亮度和环境照度三者之间 的映射关系。
[0087] 在本发明实施例中，光源可以是单一光源也可以是混合光源，光源的强度可以是 连续可调的，一般要求照度从〇. ooilux到500001UX，具体的实施步骤如图2所示。
[0088] 曝光参数主要包含曝光时间、光圈大小和图像处理器的增益。
[0089] 图像的图像亮度可以依据获取的颜色图像进行计算获得，计算的方法多种多样， 例如可以采用如下的计算公式，假设待处理图像三通道的波段强度分别为R，G，B，则图像的 亮度为：
[0090] I=(R+G+B)/3。
[0091] 假设曝光参数包括曝光时间T、光圈大小F、图像处理器的增益Gain，并且当环境 照度为L时，则训练建立T、F、Gain、I和L之间的映射关系，并对这种映射关系保存成映射 关系表，以便在后续的应用当中，从该映射关系表中可以快速的由T、F、Gain和I而查找到 相应的L。
[0092] 步骤2 :获取无红外光影响的图像。
[0093] 首先获取带红外影响的色彩图像同时还获取当前的曝光参数 TpFpGaini，通过红外光敏获取红外光强度％。由于本发明实施例中去除了 IR_CUT，即装置 中没有红外滤光片，则获取的图像会受到红外光的影响。特别是在低照环境中，受红外光影 响更大，因此为了得到亮丽、噪声低的色彩图像，则需要除去红外光的影响。计算得到图像 的亮度I:，可以按照步骤1中所述的计算图像亮度的方法进行计算；根据1\，& Gain。L查 询T、F、Gain、I和L之间的映射关系表得到当前的环境照度U ;以及进一步计算红外波段 在环境照度中的比值azW/U，然后对各通道数据剔除红外光的影响。依据本发明一较佳 实施例，剔除红外光影响的方法为 ：
[0094] 假设真正属于红色波段的V i，则存在如下的等式：
[0095]
【权利要求】
1. 一种全天候彩色摄像机白平衡处理方法，其特征在于，包括： 通过训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表； 获取待处理图像，并获取该当前待处理图像的图像亮度以及与该之相对应的曝光参 数，依据所述曝光参数、图像亮度以及映射关系表获取当前的环境照度信息； 依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处理图像进行 去红外影响处理； 对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
2. 如权利要求1所述的全天候彩色摄像机白平衡处理方法，其特征在于，通过训练以 得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度之间的映射关系表的步骤包括： 用不同的光源照射素材获取图像，同时获取光学镜头附近的环境照度信息、图像的曝 光参数信息以及获取的图像的图像亮度信息； 据此建立图像的曝光参数、图像亮度和环境照度之间的映射关系表并保存。
3. 如权利要求1所述的全天候彩色摄像机白平衡处理方法，其特征在于，依据当前的 环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息对待处理图像进行去红外影响处理 的步骤包括： 依据当前的环境照度信息以及实时检测到的当前红外光强度信息计算红外光波段在 环境照度中的比值； 依据该比值对待处理图像的各通道数据进行去红外影响处理，以剔除红外光的影响。
4. 如权利要求1所述的全天候彩色摄像机白平衡处理方法，其特征在于，对经去红外 影响处理得到的处理图像进行白平衡校正的步骤包括： 对处理图像进行分块； 挑选出色彩接近灰色的图像块作为候选灰块； 依据候选灰块计算出待处理图像的灰块的色彩值； 依据待处理图像的灰块的色彩值获得白平衡校正参数； 依据得到的白平衡校正参数对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
5. -种全天候彩色摄像机白平衡处理装置，其特征在于，包括： 第一数据采集单元，用于采集不同光源照射素材的图像并获取该图像的图像亮度信 息；获取在拍摄该图像时当前的环境照度信息以及图像处理芯片的曝光参数信息； 训练单元，用于从第一数据采集单元获取图像亮度信息以及与之对应的环境照度信息 和图像处理芯片的曝光参数信息，并据此训练得到图像的曝光参数、图像亮度以及环境照 度三者之间的映射关系表； 第二数据采集单元，用于实时获取监控区域的待处理图像，并获取该待处理图像的图 像亮度信息以及当前红外光强度信息，同时还从图像处理芯片获取当前曝光参数信息；去 红外影响单元，用于从第二数据采集单元获取与当前待处理图像对应的曝光参数以及图像 亮度信息，并据此查询所述映射关系表获取当前的环境照度信息；以及进一步依据当前的 环境照度信息以及从第二数据采集单元获取的红外光强度信息对待处理图像进行去红外 影响处理； 白平衡校正单元，用于对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
6. 如权利要求5所述的全天候彩色摄像机白平衡处理装置，其特征在于，所述训练单 元包括： 处理单元，用于在不同光源照射素材的环境之下，训练得到图像的曝光参数、图像亮度 以及环境照度三者之间的映射关系表； 保存单元，用于存储图像的曝光参数、图像亮度以及环境照度三者之间的映射关系表。
7. 如权利要求5所述的全天候彩色摄像机白平衡处理装置，其特征在于，所述去红外 影响单元包括： 接收单元，用于从第二数据采集单元获取与当前待处理图像对应的曝光参数以及图像 亮度信息；以及用于获取当前红外光强度信息；以及进一步用于从训练单元获取图像的曝 光参数、图像亮度以及环境照度三者之间的映射关系表； 剔除红外影响处理单元，用于依据与所述待处理图像相对应的曝光参数以及图像亮度 查询所述映射关系表获取当前的环境照度信息，以及依据当前的环境照度信息以及当前红 外光强度信息对待处理图像进行去红外影响处理。
8. 如权利要求7所述的全天候彩色摄像机白平衡处理装置，其特征在于，所述剔除红 外影响处理单元依据当前的环境照度信息以及当前红外光强度信息对待处理图像进行去 红外影响处理的步骤包括： 依据当前的环境照度信息以及当前红外光强度信息计算红外光波段在环境照度中的 比值； 依据该比值对待处理图像的各通道数据进行去红外影响处理，以剔除红外光的影响。
9. 如权利要求5所述的全天候彩色摄像机白平衡处理装置，其特征在于，所述白平衡 校正单元包括： 图像分块单元，用于对处理图像进行分块； 提取候选灰块单元，用于挑选出色彩接近灰色的图像块作为候选灰块； 灰块确定单元，用于依据候选灰块计算出待处理图像的灰块的色彩值； 白平衡校正参数确定单元，用于依据待处理图像的灰块的色彩值获得白平衡校正参 数； 白平衡校正单元，用于对经去红外影响处理得到的处理图像进行白平衡校正。
10. -种全天候彩色摄像机，包括光学镜头、图像传感器、图像处理芯片、图像传输模块 和图像显示模块，其特征在于，还包括如权利要求5-9任一权利要求所述的全天候彩色摄 像机白平衡处理装置。
【文档编号】H04N9/73GK104113744SQ201310136033
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2013年4月18日
【发明者】吴贻刚, 王新伟, 林彬, 朱豪, 赫大伟, 张巍, 廖方诚 申请人:深圳中兴力维技术有限公司