CN109493273B - 一种色彩一致性调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种色彩一致性调节方法，适用于车载环视***，包括步骤S100鱼眼相机内颜色衰减参数标定；S200衰减参数补偿，在ISP中将各通道颜色衰减参数对各路鱼眼相机进行补偿；S300四路相机统一曝光控制，在环视控制器中对四路相机进行统一曝光；S400全景环视拼接，标定相机内外参数，设置环视拼接参数；S500通过最小二乘法求解各相机的调节系数；以及S600调整相机颜色，通过各相机调节系数对相机颜色进行调整。从而通过对相机曝光进行集中控制处理和全局调整不同相机间的颜色差异，以提升全景环视***的观测效果，解决传统车载环视***中色彩一致性差的问题。

Description

一种色彩一致性调节方法
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，具体地说，是一种适于车载环视***的色彩一致性调节方法。
背景技术
近年来，汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的交通的工具。随着科技水平的日益提升，越来越多的技术被集成到汽车之中以提升驾驶安全。全景环视***(AroundView Monitoring,AVM)通过在车身前、后、左、右各安装一颗鱼眼相机，可实时生成车身四周环视图像，消除驾驶员盲区，以辅助驾驶员快速了解车身周围环境，减少剐蹭等事故的发生。
目前，已有许多专利用来消除全景环视***中拼缝，以辅助驾驶员快速理解周围场景。如专利号为CN201510963137.1的发明专利中提出了一种车载全景环视的标定***及方法，该方解决了全景环视***中的摄像机外参标定问题。专利号为CN201410176108.6的发明专利中提出了一种车载环视***摄像头参数标定方法，是一种基于三维立体标定板的方法，以消除全景环视***中拼缝。
上述专利中的方法虽确保了全景环视***中相邻相机在位置上没有明显偏差。但是，由于鱼眼相机特有的成像特点，其图像亮度有相机中心到四周边缘通常存在较为明显的衰减，该衰减在全景环视***中会被进一步放大，若不对该项进行处理，将导致全景环视结果中融合区域存在明显的发暗及色偏等现象。
除此之外，由于全景环视***将四路相机图像无缝拼接为一幅图像进行显示，其必将导致相邻相机间差异被放大。若不对四路相机曝光进行集中控制，则各相机仅根据各自场景进行曝光，将引起后续动态平衡算法很难将其优化至肉眼无法察觉的效果，特别是在强光、夕阳等场景中，该差异效果尤为明显。
另一方面，由于各相机白平衡等ISP参数不同，即使对四路相机曝光进行集中控制处理，环视图像中通常仍存在肉眼可观测的差异，特别是在强光等不同相机成像内容对比明显的情况下。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种色彩一致性调节方法，其克服现有技术的不足，通过对相机曝光进行集中控制处理和全局调整不同相机间的颜色差异，以提升全景环视***的观测效果，解决传统车载环视***中色彩一致性差的问题。
本发明的另一目的在于提供一种色彩一致性调节方法，其通过对四路相机曝光进行集中控制处理，以确保不同相机的颜色差异在较小范围内，从而保证全景环视图像经后续动态优化算法调整后达到肉眼观测不到差异的水平，消除鱼眼相机内部及相邻鱼眼相机图像之间的较大差异。
本发明的另一目的在于提供一种色彩一致性调节方法，其通过对不同相机间颜色差异进行进一步全局调整，以提升驾驶员的体验。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为一种色彩一致性调节方法，适用于车载环视***，其包括步骤：
S100鱼眼相机内颜色衰减参数标定，积分球均匀光源标定相机模组中各颜色通道由中心到四周的衰减参数，并将所述衰减参数存储于相机Flash中；
S200衰减参数补偿，在ISP中将各通道颜色衰减参数对各路鱼眼相机进行补偿，其中所述ISP位于相机模组或Soc中；
S300四路相机统一曝光控制，在环视控制器中对四路相机进行统一曝光，Soc协同处理，结合ISP中的衰减参数，获取一组曝光参数，并将曝光参数同时作用于四路相机，以减少环环视图像中相邻相机重叠区域的颜色差异；
S400全景环视拼接，标定相机内外参数，设置环视拼接参数，同时统计四路融合区域各通道颜色差；
S500通过最小二乘法求解各相机的调节系数；以及
S600调整相机颜色，通过各相机调节系数对相机颜色进行调整。
根据本发明的一实施例，所述步骤S100包括步骤：
S110打开积分球光源***，调试积分球均匀光***的相关参数；
S120搭建鱼眼相机图像采集的硬件环境，使得图像采集设备及相应硬件平台不对相机输出的图像内容进行额外处理；
S130将鱼眼相机置于积分球开口处的支架上，使得鱼眼相机成像范围内所有视野均为积分球内部均匀光照图像，再通过图像采集设备采集鱼眼相机成像原图；
S140鱼眼相机图像尺度归一化，若鱼眼相机输出结果横纵两轴方向上比例不一致，先将其进行归一化处理；
S150按鱼眼相机中各像素点到相机中心的欧氏距离
Figure BDA0001822665660000031
统计各距离点上各颜色通道的均值；以及
S160将各颜色通道的均值拟合多项式曲线，并将所述多项式曲线的系数存储于所有同批次相机的flash中。
根据本发明的一实施例，在所述步骤S100中，若相机一致性较好，则对同一批次相机仅需进行随机抽样，并标定抽样相机各通道的颜色衰减参数，并对所述颜色衰减参数进行加权平均后存储于所有同一批次相机的Flash中；若相机一致性较差，则每颗相机在下流水线时均应对其进行标定，并将标定结果存到各相机的Flash中。
根据本发明的一实施例，所述步骤S300包括步骤：
S310通过Soc获取四路相机经ISP暗角补偿算法处理之后的数据，并获取各相机的曝光参数；
S320通过Soc对四路相机的曝光参数进行加权处理，得到一组曝光参数；
S330通过Soc将汇总之后曝光参数传回至各相机ISP模块，各相机ISP模块根据所述曝光参数调整相机曝光。
根据本发明的一实施例，所述步骤S400包括步骤：
S410使用标定布标定描述鱼眼相机畸变的相机内部参数；
S420将标定好的摄像机安装于实验样车，并铺设标定布标定相机外部参数，所述外部参数包括Homography矩阵、Euler角或平移矩阵；
S430设置环视拼接参数，通过所述环视拼接参数完成全景环视拼接；以及
S440通过所述步骤S410的内部参数、所述步骤S420的外部参数和S430的环视拼接参数信息生成环视拼接的查找表，并对融合区域平均亮度进行统计。
根据本发明的一实施例，在所述步骤S400的融合区域视角范围适配于排除求解参数不稳定，融合区域覆盖范围适配于排除距车身较远非地面物体的影响，其中，普通乘用车的融合区域外边界距车身1.0m～1.5m。
根据本发明的一实施例，所述步骤S500包括步骤：
S510通过所述步骤S100至所述步骤S400制得全景环视***中各个画面融合区域的平均颜色值，通过公式
Figure BDA0001822665660000032
其中，R(i,j)表示第i个相机的第j个融合区域,ui为该区域内任一像素点，Ii为该像素点当前通道的颜色值，/>
Figure BDA0001822665660000033
为第i个相机的第j个融合区域当前通道的颜色均值；
S520求得各相机各通道各融合区域颜色均值后，最小化各融合区域均值误差，求得各相机各通道颜色值的补偿系数和公式中的g，通过公式
Figure BDA0001822665660000041
其中，公式中Nij表示两相邻相机i和j中重叠区域像素个数，/>
Figure BDA0001822665660000042
和/>
Figure BDA0001822665660000043
分别表示相机i和相机j对应同一融合区域颜色的均值，σN和σg分别为颜色误差和增益参数的标准差。
优选地，σN为7.0，σg为0.1。
优选地，所述S500求解后增益值为gi∈(0.7,1.3)。
优选地，将各相机的调节基数设置为128。
根据本发明的一实施例，在所述步骤S600中，对帧间调节步长进行同步限制以避免环视结果中出现颜色抖动现象。
优选地，最大调节步长值为1灰度级。
附图说明
图1是根据本发明实施例的车载环视***的色彩一致性调节方法流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1所示的是一种色彩一致性调节方法，适用于车载环视***，其包括步骤：
S100鱼眼相机内颜色衰减参数标定。
不同于传统小孔成像相机，鱼眼相机由于其视场角很大(通常水平视场角>180度，垂直视场角>140度)，镜头边缘光线需经过更长的路径才能到达Sensor，因此其衰减也更为严重。为消除该差异，保持同一相机内部颜色的一致性，标定衰减参数。
有别于传统相机，鱼眼相机的成像特点要求其必须借助积分球均匀光***完成相机颜色一致性的标定。积分球均匀光***是专门用于相机颜色一致性标定的专业设备，该设备通常为内腔中空且光照均匀的球体，其腔内照度一致性通常可达98％以上。
鱼眼相机内颜色衰减参数标定的具体步骤如下：
S110打开积分球光源***，调试积分球均匀光***的相关参数；
S120搭建鱼眼相机图像采集的硬件环境，并确保图像采集设备及相应硬件平台不对相机输出的图像内容进行额外处理；
S130将鱼眼相机置于积分球开口处的支架上，确保鱼眼相机成像范围内所有视野均为积分球内部均匀光照图像，然后通过图像采集设备采集鱼眼相机成像原图；
S140鱼眼相机图像尺度归一化，若鱼眼相机输出结果横纵两轴方向上比例不一致，则应首先将其进行归一化，然后进行后续处理；以及
S150按鱼眼相机中各像素点到相机中心的欧氏距离
Figure BDA0001822665660000051
统计各距离点上各颜色通道的均值；
S160将各颜色通道的均值拟合多项式曲线，并将所述多项式曲线的系数存储于所有同批次相机的flash中。其中，所提曲线包括但不限于高次多项式的形式，也可以是查找表或其他合理模型参数的形式。
若相机一致性较好，则对同一批次相机仅需进行随机抽样，并标定抽样相机各通道的颜色衰减参数，并对所述颜色衰减参数进行加权平均后存储于所有同一批次相机的Flash中；若相机一致性较差，则每颗相机在下流水线时均应对其进行标定，并将标定结果存到各相机的Flash中。
S200在ISP中利用S100中求解的相机补偿参数即各通道颜色衰减参数对各路鱼眼相机图像进行补偿。所述ISP可以位于相机模组或Soc中。
S300四路相机统一曝光控制。
传统相机或非环视鱼眼相机在对确定相机曝光参数时，仅需调整ISP参数使当前相机成像效果最优即可。然而，在环视***中，由于环视画面由四颗相机成像画面拼接而成，环视拼接将导致相机融合区域颜色的差异被放大，故而必须对四路相机的成像一致性进行考虑。具体包括步骤：
S310通过Soc获取四路相机经ISP暗角补偿算法处理之后的数据，并获取各相机的曝光参数，由于各相机曝光时未考虑其他关联相机曝光，故此时各相机的曝光参数各不相同；
S320通过Soc对四路相机的曝光参数进行加权处理，得到一组曝光参数，以保证四路相机环视拼接结果融合区域亮度的一致性；
S330通过Soc将汇总之后曝光参数传回至各相机ISP模块，各相机ISP模块根据所述曝光参数调整相机曝光，以确保拼接区域颜色的一致性。
S400全景环视拼接。
全景环视拼接是全景环视***中的关键步骤，同时也是验证所述色彩一致性调节方法是否有效的重要媒介。全景拼接算法的详细流程在此不再赘余，仅针对全景环视拼接中本发明所依赖的部分展开描述，具体包括步骤：
S410使用棋盘格等标定布标定描述鱼眼相机畸变的相机内部参数；
S420将标定好的摄像机安装于实验样车，并铺设标定布标定相机外部参数，所述外部参数可为Homography矩阵或Euler角及平移矩阵；
S430设置环视拼接参数，通过所述环视拼接参数完成全景环视拼接功能，特别地，本发明尤为关注环视拼接中融合区域相关参数，为提升算法的鲁棒性，本发明对融合区域相关参数提出如下要求：
(a)融合区域视角范围不应过小，以免后续求解参数不稳定；
(b)融合区域覆盖范围不应过大或过小，以排除距车身较远非地面物体的影响。以普通乘用车为例，融合区域外边界距车身1.0m～1.5m为宜；
S440通过所述步骤S410的内部参数、所述步骤S420的外部参数和S430的环视拼接参数信息生成环视拼接的查找表，并对融合区域平均亮度进行统计。
S500通过最小二乘法求解各相机的调节系数。
S510通过所述步骤S100至所述步骤S400制得全景环视***中各个画面融合区域的平均颜色值，通过公式
Figure BDA0001822665660000061
其中，R(i,j)表示第i个相机的第j个融合区域,ui为该区域内任一像素点，Ii为该像素点当前通道的颜色值。由公式(1)易知，
Figure BDA0001822665660000063
即为第i个相机的第j个融合区域当前通道的颜色均值。
S520求得各相机各通道各融合区域颜色均值后，最小化各融合区域均值误差，求得各相机各通道颜色值的补偿系数和公式中的g，通过公式
Figure BDA0001822665660000062
其中，公式(2)中Nij表示两相邻相机i和j中重叠区域像素个数，
Figure BDA0001822665660000064
和/>
Figure BDA0001822665660000065
分别表示相机i和相机j对应同一融合区域颜色的均值，σN和σg分别为颜色误差和增益参数的标准差，若不添加此二参数，则g＝0恒为最优解，故添加σN和σg以保证增益值趋于1.0。
大量实验结果显示，σN为7.0，σg为0.1，颜色平衡效果较好，但所提方法的适用范围不限于上述建议值。
经实验验证，经此方法求解后增益值通常gi∈(0.7,1.3)，如有需要，亦可对该值的有效范围进行限制。进一步的，将各相机的调节基数设置为128，以将环视拼接算法中各像素点乘法操作转换为加法操作，以保证算法的实时性。但所提方法不限于将该调解基数值设定为128，所提方法亦不必须将乘法操作转换为加法操作以加速算法，乘法操作的补偿算法亦可进行处理。
S600帧间调节步长限制，若每帧直接根据上一步骤中计算结果直接对环视图像亮度进行调节，则可能由于光照的抖动或融合区域存在突起物等因素导致环视拼接结果颜色值抖动的情况发生。因此，有必要对帧间亮度平衡调节的步长加以限制，以屏蔽上述干扰因素的影响。通常1灰度级为本发明所建议的最大调节步长值。本发明针对限制调节步长的方法进行保护，并不对步长的具体值进行限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种色彩一致性调节方法，适用于车载环视***，其特征在于，包括步骤：
S100鱼眼相机内颜色衰减参数标定，积分球均匀光***标定相机模组中各颜色通道由中心到四周的衰减参数；
S200衰减参数补偿，在图像信号处理器中将各通道颜色衰减参数对各路鱼眼相机进行补偿；
S300四路相机统一曝光控制，在环视控制器中对四路相机进行统一曝光，Soc协同处理，结合图像信号处理器中的衰减参数，获取一组曝光参数，并将曝光参数同时作用于四路相机；
S400全景环视拼接，标定相机内外参数，设置环视拼接参数，同时统计四路融合区域各通道颜色差；
S500通过最小二乘法求解各相机的调节系数，所述步骤S500包括步骤：
S510通过所述步骤S100至所述步骤S400制得全景环视***中各个画面融合区域的颜色均值，通过公式
Figure FDA0004212126570000011
求得所述颜色均值，其中，R(i,j)表示第i个相机的第j个融合区域，ui为该区域内任一像素点，Ii为该像素点当前通道的颜色值，/>
Figure FDA0004212126570000015
为第i个相机的第j个融合区域当前通道的颜色均值；
S520求得各相机各通道各融合区域颜色均值后，最小化各融合区域均值误差通过公式
Figure FDA0004212126570000012
求得各相机各通道颜色值的补偿系数e和公式中的增益值g，其中，公式中Nij表示两相邻相机i和j中重叠区域像素个数，/>
Figure FDA0004212126570000013
和/>
Figure FDA0004212126570000014
分别表示相机i和相机j对应同一融合区域颜色的均值，σN和σg分别为颜色误差和增益参数的标准差；
S600调整相机颜色，通过各相机调节系数对相机颜色进行调整。
2.根据权利要求1所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，在所述步骤S600中，对帧间调节步长进行同步限制。
3.根据权利要求1或2所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，所述步骤S100包括步骤：
S110打开积分球均匀光***，调试积分球均匀光***的相关参数；
S120搭建鱼眼相机图像采集的硬件环境；
S130将鱼眼相机置于积分球开口处的支架上，使得鱼眼相机成像范围内所有视野均为积分球内部均匀光照图像，再通过图像采集设备采集鱼眼相机成像原图；
S140鱼眼相机图像尺度归一化，若鱼眼相机输出结果横纵两轴方向上比例不一致，先将其进行归一化处理；
S150按鱼眼相机中各像素点到相机中心的欧氏距离
Figure FDA0004212126570000021
统计各距离点上各颜色通道的均值；以及
S160将各颜色通道的均值拟合多项式曲线，并将所述多项式曲线的系数存储于所有同批次相机的flash中。
4.根据权利要求3所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，所述步骤S300包括步骤：
S310通过Soc获取四路相机经图像信号处理器暗角补偿算法处理之后的数据，并获取各相机的曝光参数；
S320通过Soc对四路相机的曝光参数进行加权处理，得到一组曝光参数；
S330通过Soc将汇总之后曝光参数传回至各相机图像信号处理器模块，各相机图像信号处理器模块根据所述曝光参数调整相机曝光。
5.根据权利要求4所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，所述步骤S400包括步骤：
S410使用标定布标定描述鱼眼相机畸变的相机内部参数；
S420将标定好的摄像机安装于实验样车，并铺设标定布标定相机外部参数，所述外部参数包括Homography矩阵、Euler角和/或平移矩阵；
S430设置环视拼接参数，通过所述环视拼接参数完成全景环视拼接；以及
S440通过所述步骤S410的内部参数、所述步骤S420的外部参数和S430的环视拼接参数信息生成环视拼接的查找表，并对融合区域平均亮度进行统计。
6.根据权利要求5所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，σN为7.0，σg为0.1。
7.根据权利要求6所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，所述S500求解后增益值为gi∈(0.7,1.3)。
8.根据权利要求7所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，将各相机的调节基数设置为128。
9.根据权利要求8所述的色彩一致性调节方法，其特征在于，最大调节步长值为1灰度级。
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