好色之图 | CMOS成像如何模拟人眼色彩感受?ISP算法有大招

2017-01-09 16:27:34 来源:EEFOCUS
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前言:

这篇文章是我从事ISP研究数年来的一些经验总结,没有用到深奥的理论知识,有的只是根据实际状况来处理的一些常规方法,以及曾经犯过的错误总结。我想把ISP function的原理用简单浅显的语言描述出来,希望对初学者有所帮助。这里的ISP主要是指从CMOS  sensor输出的bayer pattern,到转换成通用的YUV或者YCbCr格式的过程,通常用于USB摄像头/监控摄像头/手机/平板等芯片设计中。

 

3. 图像色彩

尽管CMOS sensor模拟了人眼的三原色(RGB)视觉感受,见figure 1.1.1,但是CMOS的工艺特性和人眼还是有很大的差异,因此需要ISP来辅助,让其色彩尽量接近人的感受。与色彩相关最重要的function是自动白平衡AWB和色彩校正矩阵Color Correction Matrix,其他有饱和度Saturation,色相Hue,另外手机中一般拍照APP有各种色彩效果也会介绍。


这里需要介绍一个图形分析工具:Imatest,这个tool可以帮助分析图像的亮度,色彩,信噪比,锐利度,畸变等很多性能。

 

这个工具提供了评价图像质量的客观标准,有理论有数据,非常好用。不过也不能完全迷信工具,还是要以人眼看到的情况为准,没有完美的数学模型可精确模拟人的视觉感受。有时候测出来的数据很好看,实际效果却很难看。例如,评测数据是基于整幅图像而计算出来的平均值,而人眼往往会特别关注一些个别点,只要某一点不好就会无法接受,而不管其他所有地方都不错。


3.1 自动白平衡AWB

首先介绍一下色温的概念。色温源自普朗克定义的黑体受热辐射,单位是K(kelvin),用于定义光源颜色,热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是光源的色温。来看一下色温的大致范围:

 

Figure3.1.1 色温曲线


这是一份在XYZ色彩空间的光源色温曲线,可以看到色彩偏红时色温较低,色彩偏蓝则色温较高。一般烛光在1800K,阴天为5000K,晴天为6500K,蓝色天空在10000K以上。在实际场景中,光源的颜色未必刚好在这条色温曲线上,很可能有一些偏差。

 

 
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作者简介
侯莅聪
侯莅聪

东南大学研究生毕业,在瑞晟微电子工作12年。是数字IC设计资深经理和数字图像处理专家,拥有多篇专利。参与研发的USB camera产品,获得市场占有率第一的位置。

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