一種基于ic實(shí)現(xiàn)hdr圖像生成及色調(diào)映射的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于集成電路ICQntegrated circuit)實(shí)現(xiàn)HDR圖像生成及色調(diào)映射的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] HDR圖像即高動(dòng)態(tài)范圍圖像，是一種可以記錄真實(shí)世界場(chǎng)景中亮度信息的數(shù)字圖 像，其具有更接近真實(shí)世界場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍，真實(shí)世界場(chǎng)景的亮度級(jí)可達(dá)到十幾個(gè)量級(jí)，而 人眼識(shí)別的動(dòng)態(tài)范圍有五個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著HDR合成技術(shù)的發(fā)展迅速，可以使用特殊的HDR 攝像頭拍攝獲取高動(dòng)態(tài)范圍的圖像，也可以對(duì)一組不同曝光度的低動(dòng)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(xì)節(jié)層次的圖像。通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的攝像頭能 實(shí)時(shí)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(shí)，由于數(shù)字圖像傳輸設(shè)備和數(shù)字圖像顯示設(shè)備所支持的通常是3色8位數(shù)據(jù)通道，其 只有256個(gè)亮度級(jí)，并不能直接顯示合成的HDR圖像，因此這就需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮的色 調(diào)映射運(yùn)算。在現(xiàn)有技術(shù)中，HDR圖像生成及色調(diào)映射通常是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)的程序 編寫過(guò)程比較方便，但是由于對(duì)整幅圖像的每個(gè)像素點(diǎn)有大量的重復(fù)的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，很耗 費(fèi)系統(tǒng)資源，難以保證實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于集成電路IC實(shí)現(xiàn) HDR圖像生成及色調(diào)映射的方法和系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明提出的一種基于IC實(shí)現(xiàn)HDR圖像生成及色調(diào)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(chǔ)模塊、HDR處理模塊；
[0005] 中央處理模塊通過(guò)總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)；
[0006] 圖像采集模塊，用于采集目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的多幅目標(biāo)圖像；
[0007] 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于對(duì)圖像采集模塊采集的目標(biāo)圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)HDR處理模 塊處理得到的結(jié)果圖像進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0008] HDR處理模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中獲取目標(biāo)圖像，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下 的多幅目標(biāo)圖像進(jìn)行HDR合成處理得到HDR圖像，對(duì)HDR圖像進(jìn)行色調(diào)映射處理得到目標(biāo) 場(chǎng)景的結(jié)果圖像，將目標(biāo)場(chǎng)景的結(jié)果圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0009] 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(duì)目標(biāo)場(chǎng) 景在不同曝光度下的多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理和歸一處理合成得到HDR 圖像中一個(gè)像素點(diǎn)的像素值，遍歷多幅目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)得到目標(biāo)場(chǎng)景的HDR圖像； [0010] 優(yōu)選地，HDR圖像合成子模塊具體用于，計(jì)算目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的像素值所對(duì) 應(yīng)目標(biāo)場(chǎng)景的亮度、目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的像素值所對(duì)應(yīng)的高斯權(quán)重以及目標(biāo)圖像的曝 光時(shí)間，將目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度和高斯權(quán)重以及 目標(biāo)圖像的曝光時(shí)間進(jìn)行加權(quán)處理，再根據(jù)多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的高斯權(quán)重之和進(jìn) 行歸一處理，從而得到HDR圖像中一個(gè)像素點(diǎn)的像素值；
[0011] 優(yōu)選地，在HDR圖像合成中進(jìn)行加權(quán)歸一處理的計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于IC實(shí)現(xiàn)HDR圖像生成及色調(diào)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(chǔ)模塊、HDR處理模塊； 中央處理模塊通過(guò)總線與圖像采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)； 圖像采集模塊，用于采集目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的多幅目標(biāo)圖像； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于對(duì)圖像采集模塊采集的目標(biāo)圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，并對(duì)HDR處理模塊處 理得到的結(jié)果圖像進(jìn)行存儲(chǔ)； HDR處理模塊，用于從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中獲取目標(biāo)圖像，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的多 幅目標(biāo)圖像進(jìn)行HDR合成處理得到HDR圖像，對(duì)HDR圖像進(jìn)行色調(diào)映射處理得到目標(biāo)場(chǎng)景 的結(jié)果圖像，將目標(biāo)場(chǎng)景的結(jié)果圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IC實(shí)現(xiàn)HDR圖像生成及色調(diào)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(duì)目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度 下的多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理和歸一處理合成得到HDR圖像中一個(gè)像素 點(diǎn)的像素值，遍歷多幅目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)得到目標(biāo)場(chǎng)景的HDR圖像； 優(yōu)選地，HDR圖像合成子模塊具體用于，計(jì)算目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的像素值所對(duì)應(yīng)目 標(biāo)場(chǎng)景的亮度、目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的像素值所對(duì)應(yīng)的高斯權(quán)重以及目標(biāo)圖像的曝光時(shí) 間，將目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的亮度和高斯權(quán)重以及目標(biāo) 圖像的曝光時(shí)間進(jìn)行加權(quán)處理，再根據(jù)多幅目標(biāo)圖像中對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的高斯權(quán)重之和進(jìn)行歸 一處理，從而得到HDR圖像中一個(gè)像素點(diǎn)的像素值； 優(yōu)選地，在HDR圖像合成中進(jìn)行加權(quán)歸一處理的計(jì)算公式如下：
在上式中，img_hdr(i)為合成得到HDR圖像中像素點(diǎn)i的像素值，img_linj(i)為第j 幅目標(biāo)圖像中像素點(diǎn)i的像素值所對(duì)應(yīng)目標(biāo)場(chǎng)景的亮度，stack_eXp〇Sure ^為第j幅目標(biāo) 圖像的曝光時(shí)間，weightJi)為第j幅目標(biāo)圖像中像素點(diǎn)i的像素值所對(duì)應(yīng)的高斯權(quán)重，η 為目標(biāo)場(chǎng)景在不同曝光度下的目標(biāo)圖像的數(shù)量； 優(yōu)選地，根據(jù)Debevec和Malik算法得到光照響應(yīng)曲線，將光照響應(yīng)曲線函數(shù)存儲(chǔ)到查 找表1utDeb中，通過(guò)查找表將目標(biāo)圖像中像素點(diǎn)的像素值對(duì)應(yīng)到光照響應(yīng)曲線反函數(shù)中 所表示的目標(biāo)場(chǎng)景的亮度img_lin ;優(yōu)選地，根據(jù)目標(biāo)圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的流明值得到目 標(biāo)圖像的流明平均值，利用流明平均值得到目標(biāo)圖像的曝光時(shí)間stack_exposure，或者，由 圖像采集模塊CMOS相機(jī)提供目標(biāo)圖像的曝光時(shí)間stack_exposure ;優(yōu)選地，根據(jù)目標(biāo)圖像 中像素點(diǎn)的像素值所對(duì)應(yīng)目標(biāo)場(chǎng)景的亮度計(jì)算得到目標(biāo)圖像中像素點(diǎn)的像素值所對(duì)應(yīng)的 高斯權(quán)重weight。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于IC實(shí)現(xiàn)HDR圖像生成及色調(diào)映射的系統(tǒng)，其特征在 于，HDR處理模塊還包括色調(diào)映射子模塊，色調(diào)映射子模塊用于對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的HDR圖像中每 個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行色調(diào)映射，再根據(jù)色調(diào)映射前后比例對(duì)HDR圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值進(jìn)行 等比例映射，遍歷HDR圖像中每個(gè)像素點(diǎn)得到目標(biāo)場(chǎng)景的結(jié)果圖像； 優(yōu)選地，色調(diào)映射子模塊具體用于，根據(jù)HDR圖像中每個(gè)像素的RGB值分別計(jì)算HDR圖 像中每個(gè)像素點(diǎn)的流明值L，對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行色調(diào)映射處理得到色調(diào)映射后像素點(diǎn)的流 明值，根據(jù)色調(diào)映射前后像素點(diǎn)的流明值比例對(duì)HDR圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值進(jìn)行等比 例映射得到映射后像素點(diǎn)的RGB值，然后進(jìn)行g(shù)amma矯正映射到顯示區(qū)間，完成HDR圖像進(jìn) 行色調(diào)映射處理得到目標(biāo)場(chǎng)景的結(jié)果圖像； 優(yōu)選地，在色調(diào)映射過(guò)程中對(duì)HDR圖像進(jìn)行壓縮的計(jì)算公式如下：
在上式中，Ld為色調(diào)映射后HDR圖像中像素點(diǎn)的流明值，Lscaled為像素點(diǎn)的參考掃描 流明值，Pwhite為純白色點(diǎn)判據(jù)閾值； 優(yōu)選地，根據(jù)HDR圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的流明值L計(jì)算得到HDR圖像中流明值的對(duì)數(shù)平 均值、平均值對(duì)數(shù)、最大值對(duì)數(shù)和最小值對(duì)數(shù)，然后計(jì)算HDR圖像的曝光度Palpha和純白色 點(diǎn)判據(jù)閾值Pwhite，再根據(jù)HDR圖像的曝光度Palpha計(jì)算參考掃描流明值Lscaled ; 優(yōu)選地，在色調(diào)映射過(guò)程中，將HDR圖像壓縮到Sbit