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自动白平衡算法研究及软硬件实现

作　者: 金黄斌
导　师: 郭斌林；秦兴
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 自动白平衡 色温 灰度世界 白点检测
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 240次
引　用: 1次
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内容摘要


随着电子技术的日新月异,在影像摄取技术的发展上,无论是摄像机还是照相机都走向了数字化的趋势。如何重现影像原貌,一直是摄影器材发展的最基本核心诉求,其中涵盖了很多层面的课题与技术挑战!其中,色偏现象为数字图像处理中遭遇的一大难题。根据黑体辐射原理,同一像素在不同环境色温下会呈现不同的颜色。人类的眼睛会自动随着光源的改变而做出颜色的修正。但目前的电子感光元件—CCD或者CMOS传感器,无法具有如人眼的校正功能。利用数码相机拍摄目标时,常常会因为投射光源的不同而造成颜色的变化。在高色温光源下,所拍摄的照片将会偏蓝,低色温光源下所拍摄的照片将会偏红,造成色彩失真的严重视觉缺陷。而克服之关键,则是采用合适的白平衡(white balance)技术,以提供正确无误的色调补偿。论文首先介绍了数字图像处理器(ISP)及图像视频信号预处理相关知识,给出了ISP中图像处理流程图。引出本文研究的主要内容。论文接着阐述了图像白平衡的理论基础,包括:色彩恒常性、自动白平衡的概念,原理及其重要性,色温及Von Kries模型。在此基础上,比较详尽的介绍了现有的一些自动白平衡算法。并分析比较各个算法的优劣。论文接着针对现有算法存在的缺陷,兼顾算法复杂度和白平衡效果两方面,提出了两种自动白平衡的算法。实验结果表明两种算法都取得了较理想的效果,并且两种算法都不需要存储图像帧便能完成白平衡的计算。接着讨论了自动白平衡算法在系统上的实现过程。详细介绍了算法的软硬件划分及软硬件分别实现的过程。硬件部分采用Verilog硬件描述语言实现。软件部分在国产32位MCU CK610上实现。两者共同完成自动白平衡过程。接着阐述了自动白平衡的系统验证。说明了白平衡算法硬件部分的验证过程。简单介绍了整个ISP系统的调试,给出了自动白平衡部分的分析结果。最后论文提出了进一步深入研究的方向,对如何进一步提高算法的性能进行了展望。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 数字图像处理简介  11-14
  1.2 图像视频信号预处理  14-20
    1.2.1 颜色插值  14-16
    1.2.2 自动聚焦  16-17
    1.2.3 自动曝光  17
    1.2.4 自动白平衡  17-18
    1.2.5 伽马校正  18-19
    1.2.6 颜色校正  19-20
  1.3 论文工作的主要研究内容  20-21
  1.4 论文组织结构  21-22
第二章 现有的自动白平衡算法  22-35
  2.1 白平衡基础  22-27
    2.1.1 颜色恒常  22
    2.1.2 色温  22-24
    2.1.3 Von Kries 假设  24
    2.1.4 RGB 颜色空间与YUV 颜色空间  24-27
  2.2 自动白平衡算法  27-34
    2.2.1 灰度世界算法  27-29
    2.2.2 完美反射算法  29-31
    2.2.3 gray world –retinex 算法  31-32
    2.2.4 模糊逻辑算法  32-33
    2.2.5 动态白点算法  33-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章 改进的自动白平衡算法  35-51
  3.1 基于色温曲线的自动白平衡算法  36-41
    3.1.1 提出背景  36-38
    3.1.2 算法过程  38-41
  3.2 基于白点检测的自动白平衡算法  41-46
    3.2.1 提出背景  41-42
    3.2.2 算法过程  42-46
  3.3 实验结果  46-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 自动白平衡算法软硬件划分与实现  51-64
  4.1 设计实现概述  51
  4.2 系统软硬件划分  51-53
  4.3 硬件部分设计  53-58
  4.4 软件部分设计  58-64
    4.4.1 ISP 整体软件控制流程  58-60
    4.4.2 帧中断信号的处理  60
    4.4.3 自动白平衡软件控制流程  60-61
    4.4.5 硬件统计参数获取  61-64
第五章 白平衡算法系统验证  64-70
  5.1 白平衡算法硬件部分验证平台  64-66
  5.2 自动白平衡的仿真  66-68
  5.3 整个系统的FPGA 验证  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 总结与展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录  75-76
详细摘要  76-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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