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：

$$Y=0.299R+0.587G+0.114B$$

$$Cb=-0.169R-0.331G+0.5B+128$$

$$Cr=0.5R-0.419G-0.081B+128$$

在得到 YCbCr 后，可以通过以下公式计算 QX 和 QY：

$$QX=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^{N}C{b}_i$$

$$QY=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^{N}C{r}_i$$

其中，$N$ 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：

$$X=0.4124R+0.3576G+0.1805B$$

$$Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B$$

$$Z=0.0193R+0.1192G+0.9505B$$

然后计算色度值 $x$ 和 $y$：

$$x=\frac{X}{X+Y+Z}$$

$$y=\frac{Y}{X+Y+Z}$$

QX 和 QY 定义为图像中所有像素的平均色度值：

$$QX=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^N{x}_i$$

$$QY=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^N{y}_i$$

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

1. 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。

2. 颜色空间转换：

   • 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。

   • 例如，将 RGB 转换为 YCbCr，可以使用以下公式：

     $$Y=0.299R+0.587G+0.114B$$

     $$Cb=-0.169R-0.331G+0.5B+128$$

     $$Cr=0.5R-0.419G-0.081B+128$$

3. 计算 QX 和 QY：

   • 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：

     $$QX=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^{N}C{b}_i$$

     $$QY=\frac{1}{N}\sum _{i=1}^{N}C{r}_i$$

4. 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。