一種多通道ccd圖像拼接非均勻性自動校正的方法
【專利摘要】本發明公開了一種多通道CCD圖像拼接非均勻性自動校正的方法，涉及數字圖像處理【技術領域】。本方法主要是：①由CCD傳感器光電轉換輸出多路模擬信號，用模數轉換器進行模數轉換；②以任意一通道為基準，校準相鄰通道；③采集CCD圖像A通道有效象素最后一列和最后一行RGB三原色數據，做加權平均；④比較基準通道和待校準通道參數大小，回饋通道間差異標志；⑤以圖像增大亮度為目的，調整增益為主，偏置為輔來校正通道非均勻性；⑥浮動方式反復調整通道增益和偏置參數，使得通道間偏差值無限小。本發明算法簡單快捷；能夠很好地消除多通道拼接后帶來的通道間不均勻現象；實時修改模數轉換器參數值，適應不同場景和不同溫度的環境。
【專利說明】一種多通道CCD圖像拼接非均勻性自動校正的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數字圖像處理【技術領域】,尤其涉及一種多通道(XD (ChargeCoupledDevice,電荷耦合器件)圖像拼接非均勻性自動校正的方法；具體是一種多通道CXD傳感器的模擬信號經過多路模數轉換后，在各路圖像拼接時由于硬件差異而帶來非均勻性，通過自動校正實現拼接后的CCD圖像各個通道的色度和亮度一致的目的。
[0002]【背景技術】
目前在視頻處理【技術領域】中，為得到更高幀率的圖像視頻，通過2到4通道輸出的CXD傳感器經過2到4路模數轉換器進行采集圖像視頻數據，并由后一級處理器進行圖像拼接完成傳輸功能；而由于實際應用中，各個通道的電路布局布線方式，采用的電子元器件等存在不完全一致的現象，導致模數轉換后各通道的量化值有一定的差異，從而在后級觀察拼接后的圖像各個通道間在亮度和色度上有一定的偏差，導致圖像質量達不到預期效果。
[0003]而在現有技術中解決此類現象的方法幾乎都是在攝像機出廠時做一次調校，通過修改模數轉換器的增益值和偏置，使得在一定環境條件下達到各通道平衡效果，然而設備在不同場景和不同溫度環境下，這種圖像拼接后的通道間不均勻性現象會再次出現，無法達到自適應性校正。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種多通道CXD圖像拼接非均勻性自動校正的方法。
[0005]本發明的技術方案是:
CCD傳感器光電轉換后將模擬信號經過模數轉換器轉成數字信號，再將數據傳到下一級處理器，先采集CXD圖像各個通道三原色RGB的量化值并進行統計平均，計算出各個通道RGB分量的偏差，若此偏差在預先設定差異閥值范圍內，則不做參數調整，若超出預設閥值范圍則先固定一通道作為調整基準，調整另外各個通道的模數轉換器參數，直到各通道RGB分量偏差大小在預設閥值范圍內為止，此時可保證拼接后的CCD圖像各個通道的色度和亮度一致，達到通道間非均勻性校正的目的。
[0006]本方法包括下列步驟:
①由CCD傳感器光電轉換輸出多路模擬信號，用模數轉換器進行模數轉換；
②以A、B、C、D任意一通道為基準，校準相鄰通道；
③采集CXD圖像A通道有效象素最后一列和最后一行RGB三原色數據，做加權平均，得到結果A通道最后一列G分量均值Pra、A通道最后一行G分量均值Pca和A通道最后一列R分量均值Rra、A通道最后一行R分量均值Rca ;同樣B、C和D通道也采集有效像素最后一列和最后一行RGB三原色,做加權平均，得到結果Prb、Pcb和Rrb、Rcb, Prc> Pcc和Rrc、Rcc，PrcU Pcd和RrcU Rcd四組通道參數；
④比較基準通道和待校準通道參數大小，回饋通道間差異標志；
⑤以圖像增大亮度為目的，調整增益為主，偏置為輔來校正通道非均勻性； ⑥浮動方式反復調整通道增益和偏置參數，使基準通道和待校準通道最后一列和最后一行無限相互逼近，使得通道間偏差值無限小。
[0007]本發明具有下列優點和積極效果:
①算法簡單快捷，占用很少的資源，不會產生視頻延時效應；
②能夠很好地消除多通道拼接后帶來的通道間不均勻現象；
③實時修改模數轉換器參數值，適應不同場景和不同溫度的環境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本系統的結構方框圖，圖中:
10— CXD圖像傳感器，
11一A通道，12一B通道，13一C通道，14一D通道；
21—CCD驅動器，22—模數轉換器；
30—處理器，
31—數據采集模塊，32—雙通道差異算法模塊，
33—數據輸出模塊，34—調整采樣參數模塊；
40—顯不器。
[0009]圖2是二通道類型差異算法流程圖；
圖3是四通道類型差異算法流程圖；
圖4.1是二通道參考基準模式選取參考圖。
[0010]圖4.2是四通道參考基準模式選取參考圖。
[0011]英譯漢:
1、CCD:Charge Coupled Device,電荷藕合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。
【具體實施方式】
[0012]一、系統(簡稱系統)
1、總體
如圖1，本系統包括CXD圖像傳感器10、(XD驅動器21、模數轉換器22、處理器30和顯示器40 ；
圖像傳感器10包括A通道11、B通道12、C通道13和D通道14 ；
處理器30包括數據采集模塊31、通道差異算法模塊32、數據輸出模塊33和調整采樣參數模塊34 ；
CXD圖像傳感器10、模數轉換器22、處理器30和顯示器40依次連接；
模數轉換器22、數據采集模塊31、通道差異算法模塊32、數據輸出模塊33和顯示器40依次交互； 通道差異算法模塊32、調整采樣參數模塊34、CXD驅動器21和CXD圖像傳感器10依次交互。
[0013]2、功能部件
種多片I) CXD圖像傳感器10
CCD圖像傳感器10是一種高感光度圖像傳感器；其功能是產生光電轉換后生成模擬信號；型號選用TSI的Ka1-02150 ；
2)CXD驅動器21和模數轉換器22
CCD驅動器21是給CCD傳感器提供水平和垂直驅動信號，以便于CCD傳感器能正常工
作；
模數轉換器22是一單路模數轉換器或者多片帶雙路功能的模數轉換器；其功能是將模擬信號量化成數字信號；
3)處理器30
本發明用Lattice公司的ECP3系列LFE335EA8FN484C型號的FPGA產品實現；處理器30內部主要算法模塊分別包含數據采集模塊31、差異算法模塊32、數據輸出模塊33和調整采用參數模塊34。
[0014]以下分別描述處理器中各模塊的功能:
(I)數據采集模塊31
采樣各個通道最后一行和最后一列的數據。
[0015](2)通道差異算法模塊32
統計各個通道間的非均勻性，并回饋各個通道增益和偏置調整步數。
[0016](3)數據輸出模塊33
使用上一幀圖像統計出來的比例系數k和偏置系數b改變被校正通道的數據并輸出。
[0017](4)調整采樣參數模塊34
接收增益和偏置調整步數，結合CCD中各個通道當前設置值和調整步數，重新寫回CCD驅動器。
[0018]4)顯示器 40
有網絡協議的顯示裝置，如帶IE瀏覽器的電腦等。
[0019]3、本系統的工作機理
CCD圖像傳感器10感光，產生光電效應，捕獲光子；
CXD驅動器21產生驅動信號，驅動CXD圖像傳感器10并以時域模擬信號形式，輸出光電信號；
由AD模數轉換器22接收CCD圖像傳感器10輸出的模擬信號，并將其量化轉換成頻域數字量化值，以并行或者串行方式幀級連續傳輸到下一級處理器30 ；
處理器30檢測接收AD模數轉換器22的數字信號，通過數據采集模塊31收集各個通道最后一行和最后一列的數據；由通道差異算法模塊32計算出相互間作為參考基準和被校正通道的差異性(包括差異標志和通道間比例值k和偏置值b)，并輸出CXD圖像數據和比例值k、偏置值b到下一級的數據輸出模塊33 ；由通道差異算法模塊32計算出來的差異標志參數輸入到調整采樣參數模塊34，由該調整采樣參數模塊34計算出當前需要修改的增益調整參數和偏置調整參數，并回饋到CXD驅動器21 ;數據輸出模塊33接收CXD圖像數據和比例值k、偏置值b，將作為參考基準的通道圖像數據直接輸出，被校正通道的圖像數據用下列方式輸出:
最終輸出的數據=kx輸入數據+b。
[0020]二、方法
1、二通道類型差異算法流程 本方法以A通道為基準，校準B通道；
如圖2，二通道類型差異算法流程包括下列步驟:
①開始-201
算法開始時，CXD圖像傳感器10經過模數轉換后，數據傳到處理器30的接口 ；
②設定差異閥值和參數最大/最小調整閾值-202
先由上位機或者處理器30內部設定一個默認初始參數，包括差異閥值Cg，各通道最高增益調整值FAmax/FBmax,最低增益底值FAmin/FBmin,偏置最高調整值VAmax/VBmax,最低偏置底值VAmin/Vbmin ；
③同時輸入A通道一幀數據-203和B通道一幀數據-204；
④拼接處理獲取最后一列和最后一行RGB量化值-205
以幀為單位進行采集各通道最后一列和最后一行的RGB三原色數據，并歸類標記；
⑤得到數據作加權平均，通道間差異值與設定閾值作比較-206
收集到的數據通道內作加權平均處理，得到Pra和Rra，同樣B通道亦采集有效像素最后一列RGB三原色，做加權平均，得到結果Prb和Rrb，由參數Pra、Prb和差異閥值Cg計算出A通和B通道的差異標志；
⑥輸出各通道統計值差異大小標志207；
⑦判斷傳輸是否結束-208，是則進入下一步驟，否則跳轉到步驟②；
⑧結束-209。
[0021]2、四通道類型差異算法流程
I)本方法以A通道為基準，校準B、C、D通道；
如圖3，四通道類型差異算法流程包括下列步驟:
①CCD圖像傳感器10光電轉換輸出多路模擬信號，用模數轉換器22進行模數轉換-301 ;②設定差異閥值Cg，各通道最高增益調整值FAmax/FBmax，最低增益底值FAmin/FBmin,偏置最高調整值VAmax/VBmax，最低偏置底值VAmin/Vbmin -302 ;③采集CCD圖像A通道有效象素最后一列和最后一行RGB三原色數據，做加權平均，得到結果Pra、Pca和Rra、Rca ;同樣B通道亦采集有效像素最后一列和最后一行RGB三原色，做加權平均，得到結果Prb、Pcb和Rrb、Rcb -303 ;④比較Pra和Prb值大小，以A通道做為參考基準，判斷是否Pra>Prb且Pra_Prb>Cg-304,是則進入步驟⑥,否則跳轉到步驟⑤；
⑤判斷是否Pra〈Prb且Pra_Prb>Cg-305，是則進入步驟⑦，否則跳轉到步驟①；
⑥分別按下列第1、2、3、4路進行-306:
第I路，
a、上一次A通道增益增加一個步長-Al；
b、A通道增益減少一個步長-A2；
C、判斷A通道偏置是否達到Vamax-A3，是則進入下一步驟d，否則增加A通道偏置，返回開始-A5 ；
d、判斷B通道偏置是否達到Vamax-A4，是則返回開始-A7，否則減少B通道偏置，返回開始-A7 ；
第2路，
a、上一次A通道增益增加一個步長-BI；
b、判斷A通道增益是否達到Famin-B2，是則進入下一步驟C，否則減小A通道增益，返回開始-B6 ；
C、判斷B通道增益是否達到Vamax-B3，是則進入下一步驟d，否則增加B通道增益，返回開始-B7 ；
d、判斷B通道偏置是否達到Vamax-B4，是則進入下一步驟e，否則增加B通道偏置，返回開始-B8 ；
e、判斷A通道偏置是否達到Vamax-B5，是則返回開始-B10，否則減小A通道偏置，返回開始-B9 ；
第3路，
a、上一次B通道增益增加一個步長-Cl；
b、判斷B通道增益是否達到Famin-C2，是則進入下一步驟C，否則增加B通道增益，返回開始-C6 ；
C、判斷A通道增益是否達到Famin-C3，是則進入下一步驟d，否則減小A通道增益，返回開始-C7 ；
d、判斷B通道偏置是否達到Vbmax-C4，是則進入下一步驟e，否則增加B通道偏置，返回開始-C8 ；
e、判斷A通道偏置是否達到Vbmax-C5，是則返回開始-C10，否則減小A通道偏置，返回開始-C9 ；
第4路，
a、上一次B通道增益減少一個步長-Dl；
b、B通道增益增加一個步長-D2；
C、判斷A通道偏置是否達到Vbmax-D3，是則進入下一步驟d，否則增加A通道偏置，返回開始-D5 ；
d、判斷B通道偏置是否達到Vbmax-D4，是則返回開始-D7，否則減小B通道偏置，返回開始-D6 ；
⑦分別按下列第1、2、3、4路進行-307
第I路，
a、上一次A通道增益增加一個步長-El；
b、判斷A通道增益是否達到Famin-E2，是則進入下一步驟C，否則增加A通道增益，返回開始-E6 ；
C、判斷B通道增益是否達到Vbmin-E3，是則進入下一步驟d，否則減少B通道增益，返回開始-E7 ；
d、判斷A通道偏置是否達到Vamax-E4，是則進入下一步驟e，否則增加B通道偏置，返回開始-E8 ； e、判斷B通道偏置是否達到Vbmin-E5，是則返回開始-E10，否則減小B通道偏置，返回開始-E9 ；
第2路，
a、上一次A通道增益減少一個步長-Fl；
b、A通道增益增加一個步長-F2；
C、判斷B通道偏置是否達到Vbmin-F3，是則進入下一步驟d，否則增加B通道增益，返回開始-F5 ；
d、判斷A通道偏置是否達到Vamax-F4，是則返回開始-F7，否則減小A通道偏置，返回開始-F6 ；
第3路，
a、上一次B通道增益增加一個步長-Gl；
b、B通道增益減小一個步長-G2；
C、判斷B通道偏置是否達到Vbmin-G3，是則進入下一步驟d，否則增加B通道增益，返回開始-G5 ；
d、判斷A通道偏置是否達到Vamax-G4，是則返回開始-G7，否則減小A通道偏置，返回開始_G6 ；
第4路，
a、上一次B通道增益減少一個步長-Hl；
b、判斷B通道增益是否達到Fbmin-H2，是則進入下一步驟C，否則減小B通道增益，返回開始-H6 ；
C、判斷A通道增益是否達到Famin-H3，是則進入下一步驟d，否則增加A通道增益，返回開始-H7 ；
d、判斷A通道偏置是否達到Vamax-H4，是則進入下一步驟e，否則增加B通道偏置，返回開始-H8 ；
e、判斷B通道偏置是否達到Vbmax-H5，是則返回開始-H10，否則減小B通道偏置，返回開始-H9。
[0022]3、其它
其它依此類推。
[0023]I) 二通道類型差異算法流程，如圖4.1有:
①以A通道為基準，則校準B通道，已前述，見圖2；
②以B通道為基準，則校準A通道，按①辦法。
[0024]2)四通道類型差異算法流程，如圖4.2有:
①以A通道為基準，校準B、C通道，再由已校準的C通道為基準較準D通道，已前述，見圖3 ；
②以B通道為基準，校準A、C、D通道，按①辦法。
[0025]③以C通道為基準，校準A、B、D通道，按①辦法。
[0026]④以D通道為基準，校準A、B、C通道，按①辦法。
[0027]算法開始時CXD圖像傳感器10經過模數轉換后，數據傳到處理器10的接口，先由上位機或者處理器10內部設定一個默認初始參數，包括差異閥值Cg，各通道最高增益調整值FAmax/FBmax,最低增益底值FAmin/FBmin,偏置最高調整值VAmax/VBmax,最低偏置底值VAmin/Vbmin ;同時采集通道圖像數據，以幀為單位進行采集各通道最后一列的RGB三原色數據，并歸類標記；收集到的數據通道內作加權平均處理，得到Pra和Rra，同樣B通道亦采集有效像素最后一列RGB三原色，做加權平均，得到結果Prb和Rrb，由參數Pra、Prb和差異閥值Cg計算出A通道和B通道的差異標志。如果基準參考通道和被校正通道是A和C，或者B和D的上下關系，則使用參數Pca、Rca及差異閥值Cg計算兩通道間的差異性。
【權利要求】
1.一種多通道CXD圖像拼接非均勻性自動校正的方法，其特征在于: ①由CCD傳感器光電轉換輸出多路模擬信號，用模數轉換器進行模數轉換； ②以A、B、C、D任意一通道為基準，校準相鄰通道； ③采集CXD圖像A通道有效象素最后一列和最后一行RGB三原色數據，做加權平均，得到結果A通道最后一列G分量均值Pra、A通道最后一行G分量均值Pca和A通道最后一列R分量均值Rra、A通道最后一行R分量均值Rca ;同樣B、C和D通道也采集有效像素最后一列和最后一行RGB三原色,做加權平均，得到結果Prb、Pcb和Rrb、Rcb, Prc> Pcc和Rrc、Rcc，PrcU Pcd和RrcU Rcd四組通道參數； ④比較基準通道和待校準通道參數大小，回饋通道間差異標志； ⑤以圖像增大亮度為目的，調整增益為主，偏置為輔來校正通道非均勻性； ⑥浮動方式反復調整通道增益和偏置參數，使基準通道和待校準通道最后一列和最后一行無限相互逼近，使得通道間偏差值無限小。
2.按權利要求1所述的一種多通道CXD圖像拼接非均勻性自動校正的方法，其特征在于: 包括二通道類型差異算法: 以A通道為基準，校準B通道；或以B通道為基準，校準A通道。
3.按權利要求1所述的一種多通道CXD圖像拼接非均勻性自動校正的方法，其特征在于: 包括四通道類型差異算法: ①以A通道為基準，校準B、C、D通道； ②以B通道為基準，校準A、C、D通道； ③以C通道為基準，校準A、B、D通道； ④以D通道為基準，校準A、B、C通道。
【文檔編號】H04N9/77GK103997633SQ201410245655
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】黃庚, 吳超斌 申請人:武漢烽火眾智數字技術有限責任公司