本系列主要介紹圖像信號(hào)處理器 (ISP, image signal processor) 中各核心算法模塊的設(shè)計(jì)以及相關(guān)的前沿研究，以典型的相機(jī)成像系統(tǒng)為基礎(chǔ)，涉及的內(nèi)容包括各類(lèi)缺陷校正，去馬賽克，去噪，3A算法（自動(dòng)對(duì)焦，自動(dòng)曝光，自動(dòng)白平衡），超分，HDR，風(fēng)格遷移等主題。
本文將首先簡(jiǎn)單介紹色彩校正的用途，以及色彩相關(guān)知識(shí)，再對(duì)色彩校正的相關(guān)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
色彩三要素
一切色彩都具有三大屬相——色相、明度、純度。在色彩學(xué)上也稱(chēng)之為色彩的三要素。
色相：色相是色彩的最大特征。不管是粉紅、暗紅、棕紅、朱砂紅，總之，它們都是紅的；不論是檸檬黃、落日黃還是印度黃，它們都屬于黃色。從色相環(huán)上可以清晰的看出來(lái)，通常色相環(huán)可以劃分為12色、20色、24色、40色等色相。圖1為二十四色色相環(huán)的示意圖。
圖1 24色相環(huán)
純度：純度指色彩的純凈程度、飽和程度。又稱(chēng)彩度、飽和度、鮮艷度、含灰度等。原色的純度最高。純凈程度越高，色彩越純；相反，色彩純度越低。
明度：明度指色彩的明暗、深淺程度，也稱(chēng)光度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，明度越低越接近黑色，明度越高越接近白色，可以理解為明度越高，加入的白色越多。
色彩矯正算法
色彩矯正的基本原理是通過(guò)一個(gè)3*3的色彩矯正矩陣對(duì)輸入圖像的進(jìn)行矯正，其在RGB域進(jìn)行變換映射到一個(gè)新的（R`,G`,B`）。變換如下：
patch-based方法的原理是使用X-Rite24色卡上的18個(gè)彩色色塊作為標(biāo)準(zhǔn)的矯正系數(shù)，用攝像機(jī)拍攝色卡，再提取得到的圖像里18個(gè)彩色色塊的平均值（Rn,Gn,Bn)n=1,2……18，作為輸入矩陣S，而色塊的標(biāo)準(zhǔn)RGB值作為目標(biāo)矩陣S`。經(jīng)過(guò)CCM矯正之后的輸入矩陣應(yīng)和目標(biāo)矩陣相等，也就是有公式S`=M·S。則可以計(jì)算出M矩陣。
圖2 色彩矯正效果圖
02
多項(xiàng)式擬合法
對(duì)于色彩矯正sensor_RGB空間經(jīng)過(guò)M2與M1以及伽馬矯正轉(zhuǎn)換到最終的非線(xiàn)性sRGB空間，色彩矯正所需要的矩陣為M矩陣，變換過(guò)程如圖3所示[2]。其中M1已知，M2由 sensor_RGB到XYZ空間求得，將兩者相乘即可求得矩陣M，這種方法是ISP中最常用的方法。
圖3 空間轉(zhuǎn)換示意圖
3D-LUT
3D-LUT[2]方法主要有3個(gè)步驟：分割、重構(gòu)、建表。
分割：把源空間按照一定的采樣間隔劃分成柵格。
重構(gòu)：建立源空間和目標(biāo)空間之間的聯(lián)系。這里舉例四面體插值的聯(lián)系。如圖4所示，源空間四個(gè)點(diǎn)為p0,p1,p2,p3，目標(biāo)空間的對(duì)應(yīng)值分別是q0,q1,q2,q3,如果輸入點(diǎn)為p,則對(duì)應(yīng)的輸出值q為：
其中
建表：將源空間數(shù)據(jù)和目標(biāo)空間數(shù)據(jù)按照次序放入表中，形成查找表。查找表的用途廣泛，精度高，但是缺點(diǎn)是占用內(nèi)存太多。
圖4 四面體插值
參考文獻(xiàn)：
[1] Leon Lozhkin, and A.A. Soldatov. "ColorCorrection in Modern Color Reproduction Devices." Journal ofCommunications Technology and Electronics 63.4: 361-366,2018.
[2] https://blog.csdn.net/xiaoshuying/article/details/88842503
