一種基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的方法和系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)及方法，中央處理模塊通過總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和HDR處理模塊通信，至少HDR處理模塊以集成電路IC形式實現(xiàn)；圖像采集模塊采集目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像；數(shù)據(jù)存儲模塊對圖像采集模塊采集的目標圖像進行存儲，并對HDR處理模塊處理得到的結果圖像進行存儲；HDR處理模塊從數(shù)據(jù)存儲模塊中獲取目標圖像，對目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像進行HDR合成處理得到HDR圖像，對HDR圖像進行色調映射處理得到目標場景的結果圖像，將目標場景的結果圖像進行存儲。通過集成電路IC形式實現(xiàn)了HDR圖像合成和色調映射，提高了實時性，降低了軟件依賴，減少了系統(tǒng)資源開銷。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于圖像處理
，尤其涉及一種基于集成電路ICQntegrated circuit)實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的方法和系統(tǒng)。
技術介紹
HDR圖像即高動態(tài)范圍圖像，是一種可以記錄真實世界場景中亮度信息的數(shù)字圖 像，其具有更接近真實世界場景的動態(tài)范圍，真實世界場景的亮度級可達到十幾個量級，而 人眼識別的動態(tài)范圍有五個數(shù)量級。隨著HDR合成技術的發(fā)展迅速，可以使用特殊的HDR 攝像頭拍攝獲取高動態(tài)范圍的圖像，也可以對一組不同曝光度的低動態(tài)范圍圖像做軟件的 合成得到HDR圖像，得到滿足人眼觀察的更有細節(jié)層次的圖像。通過特殊設計的攝像頭能 實時有效的獲取HDR圖像，但是攝像頭工藝難度較高增加了系統(tǒng)的成本。在采用HDR圖像 合成時，由于數(shù)字圖像傳輸設備和數(shù)字圖像顯示設備所支持的通常是3色8位數(shù)據(jù)通道，其 只有256個亮度級，并不能直接顯示合成的HDR圖像，因此這就需要進行動態(tài)范圍壓縮的色 調映射運算。在現(xiàn)有技術中，HDR圖像生成及色調映射通常是通過軟件實現(xiàn)的，實現(xiàn)的程序 編寫過程比較方便，但是由于對整幅圖像的每個像素點有大量的重復的浮點數(shù)運算，很耗 費系統(tǒng)資源，難以保證實時性。
技術實現(xiàn)思路
為了解決
技術介紹
中存在的技術問題，本專利技術提出了一種基于集成電路IC實現(xiàn) HDR圖像生成及色調映射的方法和系統(tǒng)。 本專利技術提出的一種基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)，包括：中央處理 模塊、圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、HDR處理模塊； 中央處理模塊通過總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和HDR處理模塊通信，其 中，至少HDR處理模塊以集成電路IC形式實現(xiàn)； 圖像采集模塊，用于采集目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像； 數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對圖像采集模塊采集的目標圖像進行存儲，并對HDR處理模 塊處理得到的結果圖像進行存儲； HDR處理模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲模塊中獲取目標圖像，對目標場景在不同曝光度下 的多幅目標圖像進行HDR合成處理得到HDR圖像，對HDR圖像進行色調映射處理得到目標 場景的結果圖像，將目標場景的結果圖像進行存儲。 其中，HDR處理模塊包括HDR圖像合成子模塊，HDR圖像合成子模塊用于對目標場 景在不同曝光度下的多幅目標圖像中對應像素點進行加權處理和歸一處理合成得到HDR 圖像中一個像素點的像素值，遍歷多幅目標圖像中每個像素點得到目標場景的HDR圖像； 優(yōu)選地，HDR圖像合成子模塊具體用于，計算目標圖像中每個像素點的像素值所對 應目標場景的亮度、目標圖像中每個像素點的像素值所對應的高斯權重以及目標圖像的曝 光時間，將目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像中對應像素點的亮度和高斯權重以及 目標圖像的曝光時間進行加權處理，再根據(jù)多幅目標圖像中對應像素點的高斯權重之和進 行歸一處理，從而得到HDR圖像中一個像素點的像素值； 優(yōu)選地，在HDR圖像合成中進行加權歸一處理的計算公式如下：【主權項】1. 一種基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)，其特征在于，包括：中央處理模 塊、圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、HDR處理模塊； 中央處理模塊通過總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和HDR處理模塊通信，其中，至 少HDR處理模塊以集成電路IC形式實現(xiàn)； 圖像采集模塊，用于采集目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像； 數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對圖像采集模塊采集的目標圖像進行存儲，并對HDR處理模塊處 理得到的結果圖像進行存儲； HDR處理模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲模塊中獲取目標圖像，對目標場景在不同曝光度下的多 幅目標圖像進行HDR合成處理得到HDR圖像，對HDR圖像進行色調映射處理得到目標場景 的結果圖像，將目標場景的結果圖像進行存儲。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)，其特征在于， HDR處理模塊包括HDR圖像合成子模塊，HDR圖像合成子模塊用于對目標場景在不同曝光度 下的多幅目標圖像中對應像素點進行加權處理和歸一處理合成得到HDR圖像中一個像素 點的像素值，遍歷多幅目標圖像中每個像素點得到目標場景的HDR圖像； 優(yōu)選地，HDR圖像合成子模塊具體用于，計算目標圖像中每個像素點的像素值所對應目 標場景的亮度、目標圖像中每個像素點的像素值所對應的高斯權重以及目標圖像的曝光時 間，將目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像中對應像素點的亮度和高斯權重以及目標 圖像的曝光時間進行加權處理，再根據(jù)多幅目標圖像中對應像素點的高斯權重之和進行歸 一處理，從而得到HDR圖像中一個像素點的像素值； 優(yōu)選地，在HDR圖像合成中進行加權歸一處理的計算公式如下：在上式中，img_hdr(i)為合成得到HDR圖像中像素點i的像素值，img_linj(i)為第j 幅目標圖像中像素點i的像素值所對應目標場景的亮度，stack_eXp〇Sure ^為第j幅目標 圖像的曝光時間，weightJi)為第j幅目標圖像中像素點i的像素值所對應的高斯權重，η 為目標場景在不同曝光度下的目標圖像的數(shù)量； 優(yōu)選地，根據(jù)Debevec和Malik算法得到光照響應曲線，將光照響應曲線函數(shù)存儲到查 找表1utDeb中，通過查找表將目標圖像中像素點的像素值對應到光照響應曲線反函數(shù)中 所表示的目標場景的亮度img_lin ;優(yōu)選地，根據(jù)目標圖像中每個像素點的流明值得到目 標圖像的流明平均值，利用流明平均值得到目標圖像的曝光時間stack_exposure，或者，由 圖像采集模塊CMOS相機提供目標圖像的曝光時間stack_exposure ;優(yōu)選地，根據(jù)目標圖像 中像素點的像素值所對應目標場景的亮度計算得到目標圖像中像素點的像素值所對應的 高斯權重weight。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)，其特征在 于，HDR處理模塊還包括色調映射子模塊，色調映射子模塊用于對目標場景的HDR圖像中每 個像素點進行色調映射，再根據(jù)色調映射前后比例對HDR圖像中每個像素點的RGB值進行 等比例映射，遍歷HDR圖像中每個像素點得到目標場景的結果圖像； 優(yōu)選地，色調映射子模塊具體用于，根據(jù)HDR圖像中每個像素的RGB值分別計算HDR圖 像中每個像素點的流明值L，對每個像素點進行色調映射處理得到色調映射后像素點的流 明值，根據(jù)色調映射前后像素點的流明值比例對HDR圖像中每個像素點的RGB值進行等比 例映射得到映射后像素點的RGB值，然后進行gamma矯正映射到顯示區(qū)間，完成HDR圖像進 行色調映射處理得到目標場景的結果圖像； 優(yōu)選地，在色調映射過程中對HDR圖像進行壓縮的計算公式如下：在上式中，Ld為色調映射后HDR圖像中像素點的流明值，Lscaled為像素點的參考掃描 流明值，Pwhite為純白色點判據(jù)閾值； 優(yōu)選地，根據(jù)HDR圖像中每個像素點的流明值L計算得到HDR圖像中流明值的對數(shù)平 均值、平均值對數(shù)、最大值對數(shù)和最小值對數(shù)，然后計算HDR圖像的曝光度Palpha和純白色 點判據(jù)閾值Pwhite，再根據(jù)HDR圖像的曝光度Palpha計算參考掃描流明值Lscaled ; 優(yōu)選地，在色調映射過程中，將HDR圖像壓縮到Sbit當前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種基于IC實現(xiàn)HDR圖像生成及色調映射的系統(tǒng)，其特征在于，包括：中央處理模塊、圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、HDR處理模塊；中央處理模塊通過總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和HDR處理模塊通信，其中，至少HDR處理模塊以集成電路IC形式實現(xiàn)；圖像采集模塊，用于采集目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像；數(shù)據(jù)存儲模塊，用于對圖像采集模塊采集的目標圖像進行存儲，并對HDR處理模塊處理得到的結果圖像進行存儲；HDR處理模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲模塊中獲取目標圖像，對目標場景在不同曝光度下的多幅目標圖像進行HDR合成處理得到HDR圖像，對HDR圖像進行色調映射處理得到目標場景的結果圖像，將目標場景的結果圖像進行存儲。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王攀，林嘯，金西，
申請(專利權)人：中國科學技術大學先進技術研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34