《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于FPGA的暗通道白平衡算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第2期
王 超，甄國(guó)涌，單彥虎
中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051
摘要： 為確保系統(tǒng)實(shí)時(shí)性以及解決完美反射法在曝光環(huán)境中失效的問(wèn)題，提出一種基于FPGA的暗通道自動(dòng)白平衡校正算法。通過(guò)彩色圖像暗通道光線透射率分布情況，選取參考像素點(diǎn)實(shí)現(xiàn)偏色像素點(diǎn)自動(dòng)白平衡校正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，暗通道自動(dòng)白平衡算法使用FPGA校正可以滿足整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求和消除過(guò)度曝光環(huán)境影響；同時(shí)可以使其有效應(yīng)用于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中。
中圖分類號(hào)： TP274
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200824
中文引用格式： 王超，甄國(guó)涌，單彥虎. 基于FPGA的暗通道白平衡算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(2)：77-80，91.
英文引用格式： Wang Chao，Zhen Guoyong，Shan Yanhu. Design and implementation of dark channel white balance algorithm based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(2)：77-80，91.
Design and implementation of dark channel white balance algorithm based on FPGA
Wang Chao，Zhen Guoyong，Shan Yanhu
Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory，North University of China，Taiyuan 030051，Chain
Abstract： In order to ensure the real-time performance of the system and solve the problem that the perfect reflection method fails in the exposure environment, this paper proposes an FPGA-based dark channel automatic white balance correction algorithm. According to the light transmittance distribution of the dark channel of the color image, the reference pixels are selected to realize the automatic white balance correction of the color cast pixels. Experimental results show that the dark channel automatic white balance algorithm using FPGA correction can meet the real-time requirements of the entire system and eliminate the environmental impact of overexposure. At the same time, it can be effectively applied to dynamic scenes.
Key words : automatic white balance；dark channel；perfect reflection method；FPGA

0 引言

    機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)圖像處理速度以及精度提出了更高的技術(shù)要求，顏色作為人類生活最敏感的一部分，在不同的光源下，人眼的恒常性使人可以在不同光源下準(zhǔn)確識(shí)別物體本身固有色彩[1]，但圖像傳感器服從的光線投射率模型使其采集到的物體本身固有顏色嚴(yán)重受到環(huán)境光源的影響[2]。為消除其受環(huán)境光源的影響，實(shí)時(shí)校正偏色圖像的自動(dòng)白平衡算法成為圖像處理的一種關(guān)鍵技術(shù)。

    目前成熟的白平衡算法在部分平臺(tái)以及部分場(chǎng)景中已經(jīng)成功應(yīng)用。暗通道灰度世界改進(jìn)算法已經(jīng)成功在圖像處理芯片上驗(yàn)證，但是其處理時(shí)間仍需要96 ms，無(wú)法滿足高幀頻圖像采集系統(tǒng)需求[3]；灰度世界與完美反射組合而成的白平衡算法[4]、基于邊沿檢測(cè)的白平衡算法[5]、基于直方圖白平衡算法[6]以及暗通道加權(quán)算法[7]在FPGA設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)一幀圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算后再進(jìn)行圖像白平衡校正，大量RAM資源、多位寬乘法器以及除法器被應(yīng)用，導(dǎo)致處理器資源分配面臨挑戰(zhàn)；灰度世界法(GWM)與完美反射法(PRM)由于其原理簡(jiǎn)單已經(jīng)在FPGA中實(shí)現(xiàn)，但是在高分辨率以及過(guò)度曝光場(chǎng)景中，本身固有缺點(diǎn)限制其無(wú)法正常完成白平衡校正，限制了其使用環(huán)境。

    因此，本文提出一種基于暗通道光線透射率的自動(dòng)白平衡校正算法。該算法在FPGA上將圖像采集與白平衡校正并行處理，確保數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性的同時(shí)完成當(dāng)前圖像偏色校正，完全可以應(yīng)對(duì)場(chǎng)景中的物體移動(dòng)。暗通道白平衡算法的實(shí)現(xiàn)可以滿足色彩準(zhǔn)確率以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，為機(jī)器視覺(jué)中的移動(dòng)物體檢測(cè)與識(shí)別提供準(zhǔn)確的色彩依據(jù)。




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作者信息:

王  超，甄國(guó)涌，單彥虎

(中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051)

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