基于FPGA的暗通道白平衡算法设计与实现-AET-电子技术应用

基于FPGA的暗通道白平衡算法设计与实现

2021年电子技术应用第2期

王超，甄国涌，单彦虎

中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051

摘要：为确保系统实时性以及解决完美反射法在曝光环境中失效的问题，提出一种基于FPGA的暗通道自动白平衡校正算法。通过彩色图像暗通道光线透射率分布情况，选取参考像素点实现偏色像素点自动白平衡校正。实验结果表明，暗通道自动白平衡算法使用FPGA校正可以满足整个系统的实时性要求和消除过度曝光环境影响；同时可以使其有效应用于动态场景中。

关键词： 自动白平衡暗通道完美反射法 FPGA

中图分类号：TP274
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200824
中文引用格式：王超，甄国涌，单彦虎. 基于FPGA的暗通道白平衡算法设计与实现[J].电子技术应用，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

机器视觉技术的快速发展对图像处理速度以及精度提出了更高的技术要求，颜色作为人类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准确识别物体本身固有色彩^[1]，但图像传感器服从的光线投射率模型使其采集到的物体本身固有颜色严重受到环境光源的影响^[2]。为消除其受环境光源的影响，实时校正偏色图像的自动白平衡算法成为图像处理的一种关键技术。

目前成熟的白平衡算法在部分平台以及部分场景中已经成功应用。暗通道灰度世界改进算法已经成功在图像处理芯片上验证，但是其处理时间仍需要96 ms，无法满足高帧频图像采集系统需求^[3]；灰度世界与完美反射组合而成的白平衡算法^[4]、基于边沿检测的白平衡算法^[5]、基于直方图白平衡算法^[6]以及暗通道加权算法^[7]在FPGA设备上的实现需要对一帧图像进行统计、计算后再进行图像白平衡校正，大量RAM资源、多位宽乘法器以及除法器被应用，导致处理器资源分配面临挑战；灰度世界法(GWM)与完美反射法(PRM)由于其原理简单已经在FPGA中实现，但是在高分辨率以及过度曝光场景中，本身固有缺点限制其无法正常完成白平衡校正，限制了其使用环境。

因此，本文提出一种基于暗通道光线透射率的自动白平衡校正算法。该算法在FPGA上将图像采集与白平衡校正并行处理，确保数据采集实时性的同时完成当前图像偏色校正，完全可以应对场景中的物体移动。暗通道白平衡算法的实现可以满足色彩准确率以及系统实时性要求，为机器视觉中的移动物体检测与识别提供准确的色彩依据。

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作者信息:

王超，甄国涌，单彦虎

(中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)

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