【摘 要】
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随着数字图像的分辨率、帧率和质量的提高,以及数字图像系统的集成度的增加。高动态范围(High Dynamic Range,HDR)图像技术成为图像领域中研究的热点,在医疗、航空航天、安防监控、智能电子设备、游戏特效等方面都有广泛应用,实用性很强。常见图像传感器的动态范围和自然环境光或人眼可以辨别的亮度动态范围相差较大,导致获取的图像会存在过曝光和欠曝光的情况,图片细节丢失,观感差。因此产生了还原高
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随着数字图像的分辨率、帧率和质量的提高,以及数字图像系统的集成度的增加。高动态范围(High Dynamic Range,HDR)图像技术成为图像领域中研究的热点,在医疗、航空航天、安防监控、智能电子设备、游戏特效等方面都有广泛应用,实用性很强。常见图像传感器的动态范围和自然环境光或人眼可以辨别的亮度动态范围相差较大,导致获取的图像会存在过曝光和欠曝光的情况,图片细节丢失,观感差。因此产生了还原高动态范围场景的各种技术。常通过改变曝光时间,获得同一个场景的多个图像序列,然后用算法将图像序列进行处理,合成得到高动态范围图像。本文着重亮度反转问题,引入引导滤波算法,提出了一种基于多曝光技术的HDR图像合成算法,得到具有HDR图像特征的图像。并提出了本文算法的硬件设计简化方案。本文提取图像对比度、饱和度、亮度三个方面的质量因子作为初始融合权重,并给予不同的分配,使亮度质量因子占据初始融合权重较大的比例,并通过修改曝光良好度曲线,减小融合结果中亮度反转问题;通过分段映射的方式简化了饱和度因子计算逻辑,并解决了过渡区域较突兀的情况;使用菊花链结构的行缓存模块存储部分计算过程中的数据;引入查找表,简化亮度因子中的指数计算和归一化中的除法计算;使用移位比较方法,设计了除法器;对整个算法中计算复杂的部分加入流水线设计,分级处理逻辑复杂的操作,提高了整体运行速度。对本文硬件设计进行了行为级仿真,Vivado软件的定点计算结果和MATLAB软件中浮点计算结果基本一致。使用Xilinx公司的Nexys4 DDR开发板,搭建了FPGA(Field Programmable Gate Array)验证平台,验证了本文算法。验证结果表明,本文高动态范围图像合成算法硬件设计的最大工作频率为83.3MHz,满足实时性设计需求。
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