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基于FPGA的暗通道白平衡算法設計與實現

2021年電子技術應用第2期

王超，甄國涌，單彥虎

中北大學電子測試技術國家重點實驗室，山西太原030051

摘要： 為確保系統實時性以及解決完美反射法在曝光環境中失效的問題，提出一種基于FPGA的暗通道自動白平衡校正算法。通過彩色圖像暗通道光線透射率分布情況，選取參考像素點實現偏色像素點自動白平衡校正。實驗結果表明，暗通道自動白平衡算法使用FPGA校正可以滿足整個系統的實時性要求和消除過度曝光環境影響；同時可以使其有效應用于動態場景中。

關鍵詞： 自動白平衡暗通道完美反射法 FPGA

中圖分類號： TP274
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200824
中文引用格式： 王超，甄國涌，單彥虎. 基于FPGA的暗通道白平衡算法設計與實現[J].電子技術應用，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

機器視覺技術的快速發展對圖像處理速度以及精度提出了更高的技術要求，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確識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重受到環境光源的影響^[2]。為消除其受環境光源的影響，實時校正偏色圖像的自動白平衡算法成為圖像處理的一種關鍵技術。

目前成熟的白平衡算法在部分平臺以及部分場景中已經成功應用。暗通道灰度世界改進算法已經成功在圖像處理芯片上驗證，但是其處理時間仍需要96 ms，無法滿足高幀頻圖像采集系統需求^[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]以及暗通道加權算法^[7]在FPGA設備上的實現需要對一幀圖像進行統計、計算后再進行圖像白平衡校正，大量RAM資源、多位寬乘法器以及除法器被應用，導致處理器資源分配面臨挑戰；灰度世界法(GWM)與完美反射法(PRM)由于其原理簡單已經在FPGA中實現，但是在高分辨率以及過度曝光場景中，本身固有缺點限制其無法正常完成白平衡校正，限制了其使用環境。

因此，本文提出一種基于暗通道光線透射率的自動白平衡校正算法。該算法在FPGA上將圖像采集與白平衡校正并行處理，確保數據采集實時性的同時完成當前圖像偏色校正，完全可以應對場景中的物體移動。暗通道白平衡算法的實現可以滿足色彩準確率以及系統實時性要求，為機器視覺中的移動物體檢測與識別提供準確的色彩依據。

本文詳細內容請下載:http://www.viuna.cn/resource/share/2000003391

作者信息:

王超，甄國涌，單彥虎

(中北大學電子測試技術國家重點實驗室，山西太原030051)

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