自动驾驶传感器之摄像头（八）车载摄像头色彩白平衡

作者/阿宝编辑/阿宝出品/阿宝1990

色温的定义：黑体从绝对零度开始加热，每增加一度的温度都被称为1开尔文（用字母K表示）。当温度达到一定水平时，黑体发出可见光，其光谱组成和感觉也随着温度的不断升高而相应变化。因此，黑体辐射发射的某些色光的温度被设置为发射相同色光的光源的色温。

常见光源色温：光源色温钨丝灯2500-3200k碳棒灯4000-5500k荧光灯4500-6500k氙气灯5600 k碳灯5500-6500k平均太阳光阴天太阳光5400k，6500-7000k，阴天太阳光12000-18000。随着色温的升高，光源的颜色从温暖转变为凉爽，光源中的能量分布从红色转变为蓝色。值得注意的是，实际光源的光谱分布各不相同，色温仅代表能量偏置的程度，并不反映具体的光谱分布。因此，即使是具有相同色温的光源也可能引起不同的颜色反应。人眼和大脑对色温有一定的生理和心理适应性，因此所看到的颜色受色温偏差的影响较小，而相机的扫描仪则不具备这一能力。因此，如果拍摄的照片没有经过白平衡处理，就会与人眼看到的颜色有显著的偏差。阳光的色温之所以会随着天气和时间的变化而变化，与不同频率的光的折射率有关：

长波长光具有低折射率和强透射能力，而短波长光具有高折射率并易于散射。这就是为什么红绿灯是红色的，防雾灯通常是黄色的，而天空是蓝色的。知道了这一点，我们就可以了解和分析阳光色温变化的规律和原因。

色温变化时的颜色校正从理论上可以看出，随着色温的升高，应该对色温进行校正，否则，物体在这种光照条件下显示的颜色会偏离其正常颜色，因此有必要将传感器的增益降低到红色，将传感器增益增加到蓝色。同时，在调整参数时，需要在一定程度上考虑整体亮度应保持大致不变，即用YUV测量时，Y值应保持基本不变。在理论上，人们认为RGB->可以被指代；

在YUV变换公式中，RGB三个分量对Y值的贡献用于确定RGAIN和BGAIN的变化之间的比例关系。但实际情况更为复杂，考虑到不同传感器对R和B灵敏度的交叉影响和非线性，因此最优值可能与理论值有一些偏差。

自动白平衡处理是基于场景中颜色的平均值落在特定范围内的假设。如果测量结果偏离该范围，则调整和校正相应的参数，直到平均值落入指定范围内。处理过程可以基于YUV空间或RGB空间。对于传感器，通常的处理方法是校正R/B增益，使UV值落在指定范围内。从而实现自动白平衡。在特殊情况下的自动白平衡中遇到的常见问题是，如果捕捉到的场景不受光线和色温的影响，其颜色本身就会偏离平均颜色值，例如大面积的图案倾向于某种颜色，如草地、红旗、蓝天等。此时，迫使白平衡将其平均颜色调整为接近灰色将导致图像中的严重颜色失真。因此，通常的方法是在处理自动白平衡时，除了作为目标结果的期望颜色范围之外，还为源图像的颜色范围设置阈值。如果未处理图像的平均颜色超过该阈值，则完全不执行自动白平衡处理。这样可以确保正确处理上述特殊情况。可以看出，这两个阈值的确定对自动白平衡的有效性起着至关重要的作用。某个平台的示例

可以看出，随着色温的升高，其变化模式基本符合上一节的理论分析。然而，这里的大多数参数都与理论值有一些偏差，其中荧光灯的色温参数设置与理论值存在显著偏差。实际效果也证明了荧光灯的参数设置使得在家用荧光灯环境下拍摄的照片颜色趋于蓝色。修改参数后，实际拍摄效果有了明显的改善。具体参数的调整应在灯箱环境中进行，使用已知色温的各种标准光源拍摄标准色卡的照片。应使用颜色拾取工具在Pc机上测量标准色板RGB组件的颜色偏差，并相应调整每个组件的增益之间的比例关系。为了获得更准确的结果，在此之前应该相对准确地校正曝光增益设置。

亮度和曝光控制：灵敏度容差范围从最亮到最暗。假设人眼能看到一定的范围，胶片可以显示出比人眼能看到的范围小得多的范围，而这个有限的范围就是灵敏度容限。人眼的感光度容忍度远高于胶片，胶片的感光度宽容度远高于数码相机的CCD！理解了这个概念后，我们就不难理解为什么在背光条件下，人眼可以清楚地看到有背光的建筑和天空中耀眼的云层。一旦捕捉到，要么云层颜色鲜艳，建筑变成黑色轮廓，要么建筑的颜色细节清晰，原本美丽的云层变成白色斑块。从人眼的结构来看，有可以控制光通量的瞳孔、杆状感光细胞和脊椎状感光细胞，以适应不同的光强度。可以看出，即使人眼具有很高的灵敏度容限，仍然有亮度调节系统来适应光强的变化。因此，对于相机传感器来说，正确的曝光更为重要！

如何确定具有自动曝光和18%灰度的传感器的曝光是否正确？标准做法是计算YUV空间中当前图像的Y值的平均值。当调整各种曝光参数设置以使平均值落在目标值附近时，认为已经获得了正确的曝光。那么，如何确定这个Y的平均值，以及如何调整参数，使传感器能够将当前图像的亮度调整到这个范围？这涉及到18%灰度的概念。一般认为，室内和室外景色的平均反射系数约为18%，而如前所述，颜色平均值可被视为中等灰色色调。通过这种方式，您可以通过拍摄反射率为18%的灰色板来调整曝光参数，使其颜色接近中等亮度的灰色。然后，对于典型的风景，可以自动获得正确的曝光。

当然，这种用于自动确定曝光参数的AE功能并不是万能的。对于反射率偏离通常平均值的场景，如雪和夜景，使用此方法无法获得正确的曝光量。所以在传感器的软件处理模块中，通常有一个功能来设置曝光水平，并强制改变自动曝光的判断标准。例如，更改预期的平均亮度。曝光参数和曝光强度的调整可以通过改变曝光时间或通过改变亮度增益AG来实现。曝光时间受帧频的限制。例如，如果相机每秒需要15帧，则最大曝光时间不能超过1/15秒。可能还有其他限制，实际曝光时间甚至更短。在弱光条件下，单独调整曝光时间无法满足帧速率要求。此时，您还可以调整增益AG以控制曝光增益并缩短曝光时间。然而，这样做的缺点是以牺牲图像质量为代价。AG的增强不可避免地伴随着信噪比的降低和图像噪声的增强。因此，当优先考虑图像质量时，曝光参数的调整通常优先考虑调整曝光时间，然后考虑曝光增益。当然，曝光时间不宜过长，以免抖动造成图像模糊，而在拍摄运动场景时，对曝光时间的要求更高。参考材料：https://mp.weixin.qq.com/s/RVIOlT_Yr5GmpNQ12mfBFQhttps://mp.weixin.qq.com/s/y1CCWyG8pJ8tONZTiiYXfwhttps://mp.weixin.qq.com/s/ZZX6NyGKTpC8awscJV6PFghttps://mp.weixin.qq.com/s/bQ_-FJbxDr-h9tYw1G1KZA型https://mp.weixin.qq.com/s/GfJ_u81VoxgE4BCAYm4IOQhttps://mp.weixin.qq.com/s/ewmX5qFkidvL8z21SE8DFghttps://mp.weixin.qq.com/s/XRZ197HIiYDuBF55MaNsoghttps://mp.weixin.qq.com/s/YS_2agnfZl6Otm6tvGy_7Ahttps://mp.weixin.qq.com/s/2E0aQeb_9BFAvbVlu-时间差指数ghttps://mp.weixin.qq.com/s/bxubsR_8orap8GRsUB1xHQhttps://mp.weixin.qq.com/s/eNjbHZaaaa2YRt_X0Ke1pwhttps://mp.weixin.qq.com/s/oq_fMnMMlF0HC_J5VJ-xUQhttps://mp.weixin.qq.com/s/iA1cOzz5tLiUREQIaNsNXwhttps://mp.weixin.qq.com/s/XWpwgZ_nlx7pjewVtjckWQhttps://mp.weixin.qq.com/s/FiW0S6PRjdFWW8eeCiJWxQ之前关于自动驾驶传感器摄像头发展历史的建议。用于自动驾驶传感器的摄像头的系统架构。自动驾驶传感器摄像头的基本介绍。自动驾驶传感器的图像传感器技术路线。自动驾驶传感器摄像头的硬件接口设计。用于自动驾驶传感器的摄像头。讲解了自动驾驶传感器摄像头的重要部件、镜头和光学参数头戴式摄像头的重要指示参数、自动驾驶传感器的摄像头、车载摄像头的颜色感应和校正-END-您的每一次点赞和评论，转发，都是对我的肯定。谢谢！本文首发于微信公众号：Po 1990。文章内容属于作者个人观点，不代表和讯网络的立场。投资者应据此操作，并承担风险。

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