【摘 要】
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在现实世界中,场景的动态范围能够达到1014个数量级,人类视觉系统(HVS)能够感知到105个数量级的动态范围。但是目前普通的摄像设备和显示设备的动态范围仅仅有102~103个数量级,这
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在现实世界中,场景的动态范围能够达到1014个数量级,人类视觉系统(HVS)能够感知到105个数量级的动态范围。但是目前普通的摄像设备和显示设备的动态范围仅仅有102~103个数量级,这样在表示高动态范围现实场景时,会造成场景中的部分内容细节丢失。高动态成像技术是一种如何记录并还原显示真实场景的技术。利用高动态成像技术,类似胶片摄像时代的局部加光或减光,在一张照片上可以同时显示出暗区和高亮区的图像细节。本文旨在提出一个可以在FPGA上实现的,融合了HDR色调映射功能的摄像机实现架构。首先本文阐述了数码摄像机的结构。并以AR0331CMOS图像传感器芯片为例,介绍了CMOS芯片的主要参数性能和控制方法等。图像信号处理器(Image SignalProcessor)是摄像机的核心,本文详细的描述了从CMOS芯片获取到Bayer图像后,经过黑水平校正、非线性校正、白平衡校正、颜色插值、颜色校正、伽马校正后得到彩色图像的整套处理流程和各项功能调试方法等。接下来本文详细描述了HALEQ全局色调映射算法的原理和实现方法,并在将HALEQ算法扩展成为局域色调映射算法时,在原有的去块效应的方法基础上,提出了增加将分块的极值做滤波的处理,这样能够得到更好的效果。然后,为更适宜在FPGA中实现,本文提出了针对HALEQ算法的合理的简化模型。基于前面的结果,本文提出了在FPGA上实现的视频处理SOC基础架构,介绍了在此架构中各个单元的功能作用。同时介绍了所采用的HDR摄像机的硬件设计方案,选用了目前较先进的Xilinx Zynq芯片来作为主处理器。最后,结合HDR摄像机的核心--ISP处理器和HDR色调映射算法,将两项算法按照SOC架构来构建,给出了各个模块的设计框图,实现了在FPGA上实现HDR摄像机的架构设计。
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