一种基于IC实现HDR图像生成及色调映射的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统及方法，中央处理模块通过总线与图像采集模块、数据存储模块和HDR处理模块通信，至少HDR处理模块以集成电路IC形式实现；图像采集模块采集目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像；数据存储模块对图像采集模块采集的目标图像进行存储，并对HDR处理模块处理得到的结果图像进行存储；HDR处理模块从数据存储模块中获取目标图像，对目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像进行HDR合成处理得到HDR图像，对HDR图像进行色调映射处理得到目标场景的结果图像，将目标场景的结果图像进行存储。通过集成电路IC形式实现了HDR图像合成和色调映射，提高了实时性，降低了软件依赖，减少了系统资源开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种基于集成电路ICQntegrated circuit)实现HDR图像生成及色调映射的方法和系统。
技术介绍
HDR图像即高动态范围图像，是一种可以记录真实世界场景中亮度信息的数字图 像，其具有更接近真实世界场景的动态范围，真实世界场景的亮度级可达到十几个量级，而 人眼识别的动态范围有五个数量级。随着HDR合成技术的发展迅速，可以使用特殊的HDR 摄像头拍摄获取高动态范围的图像，也可以对一组不同曝光度的低动态范围图像做软件的 合成得到HDR图像，得到满足人眼观察的更有细节层次的图像。通过特殊设计的摄像头能 实时有效的获取HDR图像，但是摄像头工艺难度较高增加了系统的成本。在采用HDR图像 合成时，由于数字图像传输设备和数字图像显示设备所支持的通常是3色8位数据通道，其 只有256个亮度级，并不能直接显示合成的HDR图像，因此这就需要进行动态范围压缩的色 调映射运算。在现有技术中，HDR图像生成及色调映射通常是通过软件实现的，实现的程序 编写过程比较方便，但是由于对整幅图像的每个像素点有大量的重复的浮点数运算，很耗 费系统资源，难以保证实时性。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于集成电路IC实现 HDR图像生成及色调映射的方法和系统。 本专利技术提出的一种基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统，包括：中央处理 模块、图像采集模块、数据存储模块、HDR处理模块； 中央处理模块通过总线与图像采集模块、数据存储模块和HDR处理模块通信，其 中，至少HDR处理模块以集成电路IC形式实现； 图像采集模块，用于采集目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像； 数据存储模块，用于对图像采集模块采集的目标图像进行存储，并对HDR处理模 块处理得到的结果图像进行存储； HDR处理模块，用于从数据存储模块中获取目标图像，对目标场景在不同曝光度下 的多幅目标图像进行HDR合成处理得到HDR图像，对HDR图像进行色调映射处理得到目标 场景的结果图像，将目标场景的结果图像进行存储。 其中，HDR处理模块包括HDR图像合成子模块，HDR图像合成子模块用于对目标场 景在不同曝光度下的多幅目标图像中对应像素点进行加权处理和归一处理合成得到HDR 图像中一个像素点的像素值，遍历多幅目标图像中每个像素点得到目标场景的HDR图像； 优选地，HDR图像合成子模块具体用于，计算目标图像中每个像素点的像素值所对 应目标场景的亮度、目标图像中每个像素点的像素值所对应的高斯权重以及目标图像的曝 光时间，将目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像中对应像素点的亮度和高斯权重以及 目标图像的曝光时间进行加权处理，再根据多幅目标图像中对应像素点的高斯权重之和进 行归一处理，从而得到HDR图像中一个像素点的像素值； 优选地，在HDR图像合成中进行加权归一处理的计算公式如下：【主权项】1. 一种基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统，其特征在于，包括：中央处理模 块、图像采集模块、数据存储模块、HDR处理模块； 中央处理模块通过总线与图像采集模块、数据存储模块和HDR处理模块通信，其中，至 少HDR处理模块以集成电路IC形式实现； 图像采集模块，用于采集目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像； 数据存储模块，用于对图像采集模块采集的目标图像进行存储，并对HDR处理模块处 理得到的结果图像进行存储； HDR处理模块，用于从数据存储模块中获取目标图像，对目标场景在不同曝光度下的多 幅目标图像进行HDR合成处理得到HDR图像，对HDR图像进行色调映射处理得到目标场景 的结果图像，将目标场景的结果图像进行存储。2. 根据权利要求1所述的基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统，其特征在于， HDR处理模块包括HDR图像合成子模块，HDR图像合成子模块用于对目标场景在不同曝光度 下的多幅目标图像中对应像素点进行加权处理和归一处理合成得到HDR图像中一个像素 点的像素值，遍历多幅目标图像中每个像素点得到目标场景的HDR图像； 优选地，HDR图像合成子模块具体用于，计算目标图像中每个像素点的像素值所对应目 标场景的亮度、目标图像中每个像素点的像素值所对应的高斯权重以及目标图像的曝光时 间，将目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像中对应像素点的亮度和高斯权重以及目标 图像的曝光时间进行加权处理，再根据多幅目标图像中对应像素点的高斯权重之和进行归 一处理，从而得到HDR图像中一个像素点的像素值； 优选地，在HDR图像合成中进行加权归一处理的计算公式如下：在上式中，img_hdr(i)为合成得到HDR图像中像素点i的像素值，img_linj(i)为第j 幅目标图像中像素点i的像素值所对应目标场景的亮度，stack_eXp〇Sure ^为第j幅目标 图像的曝光时间，weightJi)为第j幅目标图像中像素点i的像素值所对应的高斯权重，η 为目标场景在不同曝光度下的目标图像的数量； 优选地，根据Debevec和Malik算法得到光照响应曲线，将光照响应曲线函数存储到查 找表1utDeb中，通过查找表将目标图像中像素点的像素值对应到光照响应曲线反函数中 所表示的目标场景的亮度img_lin ;优选地，根据目标图像中每个像素点的流明值得到目 标图像的流明平均值，利用流明平均值得到目标图像的曝光时间stack_exposure，或者，由 图像采集模块CMOS相机提供目标图像的曝光时间stack_exposure ;优选地，根据目标图像 中像素点的像素值所对应目标场景的亮度计算得到目标图像中像素点的像素值所对应的 高斯权重weight。3. 根据权利要求1或2所述的基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统，其特征在 于，HDR处理模块还包括色调映射子模块，色调映射子模块用于对目标场景的HDR图像中每 个像素点进行色调映射，再根据色调映射前后比例对HDR图像中每个像素点的RGB值进行 等比例映射，遍历HDR图像中每个像素点得到目标场景的结果图像； 优选地，色调映射子模块具体用于，根据HDR图像中每个像素的RGB值分别计算HDR图 像中每个像素点的流明值L，对每个像素点进行色调映射处理得到色调映射后像素点的流 明值，根据色调映射前后像素点的流明值比例对HDR图像中每个像素点的RGB值进行等比 例映射得到映射后像素点的RGB值，然后进行gamma矫正映射到显示区间，完成HDR图像进 行色调映射处理得到目标场景的结果图像； 优选地，在色调映射过程中对HDR图像进行压缩的计算公式如下：在上式中，Ld为色调映射后HDR图像中像素点的流明值，Lscaled为像素点的参考扫描 流明值，Pwhite为纯白色点判据阈值； 优选地，根据HDR图像中每个像素点的流明值L计算得到HDR图像中流明值的对数平 均值、平均值对数、最大值对数和最小值对数，然后计算HDR图像的曝光度Palpha和纯白色 点判据阈值Pwhite，再根据HDR图像的曝光度Palpha计算参考扫描流明值Lscaled ; 优选地，在色调映射过程中，将HDR图像压缩到Sbit当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于IC实现HDR图像生成及色调映射的系统，其特征在于，包括：中央处理模块、图像采集模块、数据存储模块、HDR处理模块；中央处理模块通过总线与图像采集模块、数据存储模块和HDR处理模块通信，其中，至少HDR处理模块以集成电路IC形式实现；图像采集模块，用于采集目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像；数据存储模块，用于对图像采集模块采集的目标图像进行存储，并对HDR处理模块处理得到的结果图像进行存储；HDR处理模块，用于从数据存储模块中获取目标图像，对目标场景在不同曝光度下的多幅目标图像进行HDR合成处理得到HDR图像，对HDR图像进行色调映射处理得到目标场景的结果图像，将目标场景的结果图像进行存储。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀，林啸，金西，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34