發(fā)布時間：2017-11-27 18:53

  本文關鍵詞：多曝光融合算法研究及HDR圖像合成與色調(diào)映射算法設計實現(xiàn)

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【摘要】：真實場景和人眼能辨別的亮度范圍可以高達105以上,但是普通圖像傳感器能捕獲的動態(tài)范圍不超過103。為了再現(xiàn)高動態(tài)范圍場景,通常對同一個場景多次曝光,得到多張不同曝光度的圖像,然后經(jīng)過圖像合成得到高動態(tài)范圍(High Dynamic Range, HDR)圖像。但是,顯示設備的動態(tài)范圍大多在102左右,HDR圖像不能在普通顯示器上直接顯示,需要對其進行亮度值壓縮。如何在亮度值有限的情況下,保留原有場景豐富的細節(jié)信息和真實的視覺效果,直是該領域研究的熱點。近些年來,隨著HDR圖像技術越來越多地應用于消費類電子、遙測遙感、安防監(jiān)控、數(shù)字電視等領域,該課題的研究具有很強的實用性。HDR圖像顯示技術主要分為兩種：第一種,對多張不同曝光度的圖像直接融合;第二種,對多張不同曝光度的圖像首先通過合成算法得到一張HDR圖像,再通過色調(diào)映射算法進行亮度壓縮。本文對兩種方法均進行了研究,主要做了以下工作：(1)分析了目前多曝光圖像融合算法的不足,指出了初始融合權重修正的方法是影響融合效果優(yōu)劣的關鍵。在原有引導濾波的基礎上,引入了內(nèi)容感知因子,對初始融合權重進行修正。對于視覺顯著性高、邊緣信息豐富的區(qū)域,融合權重的保真度就高。實驗結果表明,在融合過渡區(qū)域,本文算法的處理結果呈現(xiàn)出更好的邊緣保持性和更高的清晰度。(2)提出了一種過渡區(qū)域溢出修正的合成算法。采用winner-take-all策略,減少了合成圖像的量化誤差。運用一次線性擬合的方式,無需知道曝光時間,就能對不同曝光度圖像進行亮度值映射。根據(jù)鄰域像素的曝光溢出情況,建立分類修正機制,合成圖像的過渡區(qū)域較為平滑。(3)結合全局算子和局部算子的優(yōu)點,提出了一種自動參數(shù)調(diào)整的色調(diào)映射算法。采用逐步逼近法以達到最佳顯示亮度,運用中值濾波器提取圖像的細節(jié)信息。本文算法能有效壓縮HDR圖像的動態(tài)范圍,同時保留了局部細節(jié)和對比度。與其他算法相比,本文算法在圖像自然度上有很大優(yōu)勢。(4)根據(jù)圖像信號處理器(ISP)的應用需求,提出了合成與色調(diào)映射算法硬件設計的簡化方案。使用line buffer緩存局部濾波器數(shù)據(jù)；對于組合邏輯較復雜的運算均采用流水線設計：改進了5×5中值濾波器的流水設計,比較器數(shù)目從360個減少到125個；采用table-driven算法近似求解指數(shù)函數(shù)結果,硬件復雜度大大降低。(5)對設計進行RTL仿真,Modelsim定點和Matlab浮點計算結果基本一致。搭建了FPGA驗證平臺,采用Xilinx xc6slx45器件實現(xiàn)算法。FPGA綜合結果表明,設計能夠滿足60fps幀率、720p分辨率的實時視頻處理要求。上位機軟件測試效果較好。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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本文編號：1232791