[发明专利]一种基于模拟退火算法的相机自动白平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模拟退火算法的相机自动白平衡方法。

背景技术

随着科技的发展，新技术的不断引入，模拟相机已经不能适应工业现代化的发展需求。而对于数字工业相机来说，视频信号在到达输出设备时跟离开相机时几乎一样，可以提供更高的分辨率，更快的帧速，更小的噪声和更多的特点。因此数字工业相机在不久的将来终将会取代模拟相机，成为相机产业发展的必然趋势。

工业相机又俗称摄像机，是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成小型高清工业相机为有序的电信号。选择合适的工业相机是机器视觉系统设计中的重要环节，相机不仅直接决定所采集到的图像分辨率及图像质量，而且也与整个系统的运行模式直接相关。

相比于传统的民用相机(摄像机)而言，工业相机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，市面上工业相机大多是基于CCD(ChargeCoupledDevice)或CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)芯片的相机。

CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。

CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70年代初，90年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI)制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

而自动白平衡通常为数码相机的默认设置，相机中有一结构复杂的矩形图，它可决定画面中的白平衡基准点，以此来达到白平衡调校。这种自动白平衡的准确率是非常高的，但是在光线不足条件下下拍摄时，效果较差，例如多云天气下，许多自动白平衡系统的效果极差，它可能会导致偏蓝。

自动白平衡调整功能是现在摄像机都有的功能。摄像机存贮有针对某些通用光源的最佳化设置方案。摄像机可以根据通过其镜头和白平衡感测器的光线情况，自动探测出被摄物体的色温值，以此判断摄像条件。并选择最接近的色调设置，由色温校正电路加以校正，白平衡自动控制电路自动将白平衡调到合适的位置。这一功能被称作为自动白平衡调节。

多数光线条件下白色平衡功能都可以设定为自动，当摄像机对着被摄体时，随着照明光的色温不同，摄像机的白平衡被自动调整，而不必手动控制。然而，跟自动聚焦、自动曝光一样，自动白平衡调节是有一定局限性的。一般的摄像机都能在大约2500K～7000K的色温条件下正常进行自动白平衡调节。当拍摄时的光线超出所设定的范围时，自动白平衡功能就不能正常工作。还有，在以下情况下，自动白平衡功能也会不能正常工作：

1、在很蓝很蓝的天空下的被摄物，这时的色温可以达到9000K～10000K，这时拍出的景物会带蓝色。

2、被两个或两个以上不同、并且色温反差较大的光源照射的被摄物；

3、当被摄物体的光线色调与进入摄像机镜头的光线色调不一致时；

4、摄像机和被摄物体一个在明亮处、一个在阴暗处时；

5、使用照度过强的光源时，如水银蒸气灯、钠灯或某些种类荧光灯；

6、当光线照度过低时，如烛光；

7、拍摄黑暗表面的目标物时；

8、某些光源超出探测器的感应范围时，如雪地等极强的光线或阴天很暗的光线；

9、当画面出现强烈的红光照明时，如日出日落；

10、在移动拍摄中将摄像机从明亮处移到光线相对暗处时的一段时间内，如从室外移到室内。