ISP AWB 中的 QX 与 QY
1. QX 与 QY 的含义与作用
在 ISP(图像信号处理器)自动白平衡(AWB)中,QX 和 QY 通常指的是色彩平面的两个坐标轴,用于描述不同光照条件下的颜色分布。
- QX (Quadrant X):表示色彩空间中水平方向的颜色成分变化,例如从红到蓝的变化。
- QY (Quadrant Y):表示色彩空间中垂直方向的颜色成分变化,例如从绿色到黄色的变化。
通过 QX 和 QY,可以描述整个图像的平均色彩分布,用于在自动白平衡中判断图像是否存在色偏,并帮助调整 R、G、B 三个通道的增益,使图像达到理想的白平衡状态。
2. QX 与 QY 的数学计算公式
QX 和 QY 的计算往往基于将 RGB 图像转换为某种色度空间,例如 YCbCr 或 CIE xyY 色度空间。
RGB 转换到 YCbCr
RGB 图像可以通过以下公式转换到 YCbCr 色度空间:
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Y=0.299R+0.587G+0.114B
C b = − 0.169 R − 0.331 G + 0.5 B + 128 Cb = -0.169 R - 0.331 G + 0.5 B + 128 Cb=−0.169R−0.331G+0.5B+128
C r = 0.5 R − 0.419 G − 0.081 B + 128 Cr = 0.5 R - 0.419 G - 0.081 B + 128 Cr=0.5R−0.419G−0.081B+128
在得到 YCbCr 后,可以通过以下公式计算 QX 和 QY:
Q X = 1 N ∑ i = 1 N C b i QX = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} Cb_i QX=N1i=1∑NCbi
Q Y = 1 N ∑ i = 1 N C r i QY = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} Cr_i QY=N1i=1∑NCri
其中, N N N 是图像中的总像素数。
基于 CIE xyY 色度空间
在 CIE xyY 色度空间中,首先通过以下公式将 RGB 转换为 XYZ:
X = 0.4124 R + 0.3576 G + 0.1805 B X = 0.4124 R + 0.3576 G + 0.1805 B X=0.4124R+0.3576G+0.1805B
Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B
Z = 0.0193 R + 0.1192 G + 0.9505 B Z = 0.0193 R + 0.1192 G + 0.9505 B Z=0.0193R+0.1192G+0.9505B
然后计算色度值 x x x 和 y y y:
x = X X + Y + Z x = \frac{X}{X + Y + Z} x=X+Y+ZX
y = Y X + Y + Z y = \frac{Y}{X + Y + Z} y=X+Y+ZY
QX 和 QY 定义为图像中所有像素的平均色度值:
Q X = 1 N ∑ i = 1 N x i QX = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} x_i QX=N1i=1∑Nxi
Q Y = 1 N ∑ i = 1 N y i QY = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} y_i QY=N1i=1∑Nyi
3. RAW 图像中的 QX 和 QY 计算
RAW 图像中每个像素只包含一个颜色通道的信息(如红色、绿色或蓝色),因此需要经过预处理步骤才能得到 RGB 信息,从而计算 QX 和 QY。
RAW 图像的预处理步骤
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Bayer 插值(去拜耳):
- RAW 图像通过拜耳滤波器捕获光线信息,通常采用 RGGB、BGGR、GBRG 等模式。通过去拜耳处理,插值得到完整的 RGB 三通道数据。
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颜色空间转换:
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通过拜耳插值得到 RGB 数据后,将其转换为 YCbCr 或 CIE xyY 色度空间,以便计算色度信息。
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例如,将 RGB 转换为 YCbCr,可以使用以下公式:
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Y=0.299R+0.587G+0.114B
C b = − 0.169 R − 0.331 G + 0.5 B + 128 Cb = -0.169 R - 0.331 G + 0.5 B + 128 Cb=−0.169R−0.331G+0.5B+128
C r = 0.5 R − 0.419 G − 0.081 B + 128 Cr = 0.5 R - 0.419 G - 0.081 B + 128 Cr=0.5R−0.419G−0.081B+128
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计算 QX 和 QY:
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在转换得到的色度空间中,计算 QX 和 QY,例如在 YCbCr 色度空间中:
Q X = 1 N ∑ i = 1 N C b i QX = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} Cb_i QX=N1i=1∑NCbi
Q Y = 1 N ∑ i = 1 N C r i QY = \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} Cr_i QY=N1i=1∑NCri
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自动白平衡调整:
- 使用 QX 和 QY 值判断图像的色偏方向,通过调整 RGB 三通道的增益来校正色彩偏差,使得图像达到理想的白平衡状态。
总结
在 ISP AWB 中,QX 和 QY 是描述图像颜色分布的参数,用于自动白平衡过程中判断图像的色偏,并通过调整 RGB 增益实现色彩校正。在处理 RAW 图像时,QX 和 QY 的计算需要经过 Bayer 插值预处理,得到 RGB 数据后再进行色度空间转换和计算。