色溫和自動(dòng)白平衡曝光和GAMMA

1、色溫和自動(dòng)白平衡色溫和自動(dòng)白平衡 曝光和曝光和GAMMA興芯微電子2013/07/022色溫的定義：將黑體從絕對(duì)零度開(kāi)始加溫，溫度每升高一度稱為1開(kāi)氏度(用字母K表示)，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)候，黑體便輻射出可見(jiàn)光，其光譜成份以及給人的感覺(jué)也會(huì)著溫度的不斷升高發(fā)生相應(yīng)變化。于是，就把黑體輻射一定色光的溫度定為發(fā)射相同色光光源的色溫。 3 隨著色溫的升高，光源的顏色由暖色向冷色過(guò)渡，光源中的能量分布也由紅光端向藍(lán)光端偏移。值得注意的是，實(shí)際光源的光譜分布各不相同，而色溫只是代表了能 量的偏重程度，并不反映具體的光譜分布，所以即使相同色溫的光源，也可能引起不同的色彩反應(yīng)。人眼及大腦對(duì)色溫有一定的生

2、理和心理的自適應(yīng)性，所以看到的 顏色受色溫偏移的影響較小，而camera的sersor 沒(méi)有這種能力，所以拍出來(lái)的照片不經(jīng)過(guò)白平衡處理的話，和人眼看到的顏色會(huì)有較大的偏差（雖然人眼看到的和白光下真實(shí)的色彩也有偏差）。 所以從理論上可以看出，隨著色溫的升高，要對(duì)色溫進(jìn)行較正，否則物體在這樣的光線條件下所表現(xiàn)出來(lái)的顏色就會(huì)偏離其正常的顏色，因此需要降低sensor對(duì)紅色的增益，增加sersor對(duì)藍(lán)光的增益。 自動(dòng)白平衡是基于假設(shè)場(chǎng)景的色彩的平均值落在一個(gè)特定的范圍內(nèi)，如果測(cè)量得到結(jié)果偏離該范圍，則調(diào)整對(duì)應(yīng)參數(shù)，校正直到其均值落入指定范圍。該處理過(guò)程可 能基于YUV空間，也可能基于RGB空間來(lái)進(jìn)行。

3、對(duì)于Sensor 來(lái)說(shuō)，通常的處理方式是通過(guò)校正R/B增益，使得UV值落在一個(gè)指定的范圍內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)白平衡。 在自動(dòng)白平衡中，容易遇到的問(wèn)題是如果拍攝的場(chǎng)景，排除光線色溫的影響，其本身顏色就是偏離平均顏色值的，比如大面積的偏向某種顏色的圖案如：草地，紅 旗，藍(lán)天等等，這時(shí)候，強(qiáng)制白平衡將其平均顏色調(diào)整到灰色附近，圖像顏色就會(huì)嚴(yán)重失真。因此，通常的做法是：在處理自動(dòng)白平衡時(shí)，除了做為目標(biāo)結(jié)果的預(yù)期 顏色范圍外，另外再設(shè)置一對(duì)源圖像的顏色范圍闕值，如果未經(jīng)處理的圖像其顏色均值超出了該闕值的話，根本就不對(duì)其做自動(dòng)白平衡處理。由此保證了上述特殊情 況的正確處理。4從最明亮到最黑暗，假設(shè)人眼能夠看到

4、一定的范圍，那么膠片（或CCD 等電子感光器件）所能表現(xiàn)的遠(yuǎn)比人眼看到的范圍小的多，而這個(gè)有限的范圍就是感光寬容度。 人眼的感光寬容度比膠片要高很多，而膠片的感光寬容度要比數(shù)碼相機(jī)的ccd高出很多！對(duì)于sensor來(lái)說(shuō)，又是如何來(lái)判斷曝光是否正確呢？很標(biāo)準(zhǔn)的做法 就是在YUV空間計(jì)算當(dāng)前圖像的Y值的均值。調(diào)節(jié)各種曝光參數(shù)設(shè)定（自動(dòng)或手動(dòng)），使得該均值落在一個(gè)目標(biāo)值附近的時(shí)候，就認(rèn)為得到了正確的曝光。 在多數(shù)數(shù)碼相機(jī)和拍照手機(jī)上都可以看到曝光級(jí)別設(shè)定的功能，如前所述，這種設(shè)定實(shí)際上是在自動(dòng)曝光的基礎(chǔ)上給用戶提供一定的曝光控制能力，強(qiáng)制改變 camera sensor的曝光判斷標(biāo)準(zhǔn)，獲得用戶想要的

5、效果。通常的做法就是改變Y值均值的預(yù)期值，使得sensor在自動(dòng)曝光時(shí)以新的Y預(yù)期值為目標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整 Exptime 和AG。 曝光的均值正確了，不代表整體圖像的亮度分布就和人眼所看到的保持一致了。事實(shí)上，人眼對(duì)亮度的響應(yīng)并不是一個(gè)線性的比例關(guān)系，而各種涉及到光電轉(zhuǎn)換的設(shè) 備的輸入輸出特性曲線一般也是非線性的，對(duì)于sensor來(lái)說(shuō)，其響應(yīng)倒是接近為線性關(guān)系，所以為了在各種設(shè)備上正確輸出符合人眼對(duì)亮度的響應(yīng)的圖像，就 需要進(jìn)行校正。冪函數(shù)的指數(shù)的倒數(shù)就是通常所說(shuō)的 gamma 值。5Gamma校正的原意是針對(duì)CRT顯示器的，由于CRT顯示器是通過(guò)電子束撞擊熒光屏產(chǎn)生亮光來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。但是由于

6、電子束的能量與產(chǎn)生的亮光的大小 不成正比，而需要通過(guò)Gamma校正來(lái)使兩者對(duì)應(yīng)起來(lái)。但在圖像質(zhì)量調(diào)整中Gamma校正失去的原來(lái)的意義。它能起到的作用很多，它幾乎可以影響到圖像質(zhì) 量調(diào)整的各個(gè)方面。在圖像質(zhì)量調(diào)整中，Gamma校正的一個(gè)重要作用是體現(xiàn)細(xì)節(jié)，增強(qiáng)對(duì)比度。由于人眼對(duì)于高亮度的差別感覺(jué)不明顯，而對(duì)低亮度的細(xì)小差別 感覺(jué)較為明顯，因此，Gamma校正通過(guò)將低亮度部分的差距拉大，而造成低亮度部分的細(xì)節(jié)能夠被人眼明顯的感覺(jué)出來(lái)，而圖像的細(xì)節(jié)部分基本上都是純?cè)谟诘?亮度部分的。 一般來(lái)說(shuō)Gamma曲線是一條向上凸的指數(shù)曲線。橫坐標(biāo)表示輸入數(shù)據(jù)，縱坐標(biāo)表示輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)Gamma校正后，圖像數(shù)據(jù)

7、就會(huì)依據(jù)曲線上點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱 坐標(biāo)，把輸入的圖像數(shù)據(jù)校正成輸出的圖像數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)曲線上有一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)是（100，120），那么輸入圖像數(shù)據(jù)中所有值為100的數(shù)據(jù)，在輸 出圖像數(shù)據(jù)中都會(huì)變成120。一般的理解，認(rèn)為Gamma校正能夠提高亮度，其實(shí)這樣理解并不完全對(duì)。也就是說(shuō)Gamma校正并不能提高圖像的整體亮度。 它的作用就是將Sensor送過(guò)來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性調(diào)整為另外一組數(shù)據(jù)。因?yàn)樵诘椭挡糠值腉amma曲線的斜率超過(guò)1，那么校正后的數(shù)據(jù)，在低值部分 的差距會(huì)被拉大，而在高值部分的斜率小于1，那么高值部分的數(shù)據(jù)之間的差距會(huì)變小。這樣的圖像數(shù)據(jù)，處于低值的細(xì)節(jié)部分會(huì)被提升的更明顯，而高值部分的由 于人眼感覺(jué)本來(lái)就不會(huì)很明顯，因此也不會(huì)造成圖像細(xì)節(jié)的損失。6通常對(duì)于Window 的輸出顯示系統(tǒng)，gamma值為2.2，而對(duì)于蘋果的輸出顯示系統(tǒng)和打印系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，gamma值為1.8。由于指數(shù)運(yùn)算需要消耗大量的CPU時(shí)間，所以實(shí) 際的做法，往往是將gamma曲線用比如12段線段進(jìn)行擬合。這樣只需要保存13個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用線性變換或查表的方式進(jìn)行g(shù)amma校正。要調(diào)整 gamma校正實(shí)際上