随着科学技术的发展,人们对图像质量和视觉体验有了更高的要求,高动态范围成像方法也逐渐成为近年来图像处理领域的研究热点之一。传统的CCD图像传感器之前凭借自身低噪声、高分辨率的特性一直占据着图像传感器的主要市场,而伴随着近些年集成电路工艺技术上的突飞猛进,CMOS图像传感器的低功耗、低制造成本、易集成以及高速度等优势开始显现出来,使得CMOS图像传感器成为了现在市场的主流。本文研究内容主要是基于CMOS图像传感器完成高动态范围成像算法和色调映射算法的设计,并针对这两种算法完成在硬件层次的设计及验证。多曝光动态范围成像技术包含两种:一种是直接融合的方式,另一种是基于逆相机响应曲线恢复的方式。在本文中采用的是直接融合的方式,该算法通过对同一场景的短曝光、适当曝光、长曝光的三帧图像计算权重值来进行融合,从而生成高动态范围图像。根据实验结果分析,该算法对图像动态范围提升很好,能够保持图像的细节信息。之后为了能够在传统显示设备上进行显示高动态范围图像,本文采用了一种基于直方图均衡的色调映射算法,该算法将图像从RGB彩色空间转换到YUV空间,在Y空间对图像的整体亮度进行调整,同时保留住图像的色彩信息。实验结果表明该算法能够降低图像的动态范围并保留住图像的细节信息,且运算复杂度低。为了能够将高动态范围成像算法与色调映射算法在硬件层次中实现,本文依照算法进行了模块的框架设计,数据流的延迟分析。在硬件模块设计过程中,为了能够满足芯片上面积的要求,在原本算法的基础上对部分算法单元进行了复用;为了减少数据计算中的延迟,在统计过程中采用了奇偶统计的方式,提高了运算速度。在完成模块硬件设计之后,本文在UVM验证平台上对模块设计进行了验证,确保了整个模块功能的正确性,之后还采用了华力集团40 nm工艺对模块进行了DC综合,确保了模块的面积满足芯片设计规格。