基于FPGA的視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)是實(shí)現(xiàn)視頻流的每一幀圖像中特別暗的部位和特別亮的部位能夠同時(shí)分辨清楚，以方便安防監(jiān)控和為高級(jí)視頻處理提供必要的信息，因此有效快速地實(shí)現(xiàn)視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展對(duì)實(shí)際應(yīng)用和后期處理至關(guān)重要。視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展算法是對(duì)每幀圖像，甚至多幀圖像的全部像素進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因此數(shù)據(jù)量龐大，處理速度慢成為軟件實(shí)現(xiàn)方案的瓶頸。同時(shí)，隨著高清視頻的普及，處理速度已成為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展的關(guān)鍵?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)集成諸多硬件資源

2、，低成本高性能，可定制專(zhuān)用的硬件處理單元，且擁有區(qū)別于軟件順序處理方式的并行處理方式，在視頻圖像處理領(lǐng)域占有很大的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為實(shí)時(shí)視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要選擇之一。
　　 針對(duì)上述背景，研發(fā)一種小型的高清視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展系統(tǒng)是很有必要的，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到效果良好、性能穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好、功耗小、成本低、便攜等指標(biāo)。
　　 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，深入研究了視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展算法，分析了包括基于金字塔的多曝光圖像融合、基于最優(yōu)塊的多曝光圖

3、像融合以及基于人眼亮度分辨率的多曝光圖像融合等常用算法;分析比較了這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在FPGA上實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，選擇適合在FPGA上實(shí)現(xiàn)的基于人眼亮度分辨率的多曝光圖像融和算法;采用浮點(diǎn)數(shù)化整數(shù)的方法對(duì)所選算法進(jìn)行改進(jìn)，解決浮點(diǎn)數(shù)在實(shí)現(xiàn)上消耗資源多和在存儲(chǔ)上占用空間大等問(wèn)題;在Matlab上編程實(shí)現(xiàn)改進(jìn)后的算法，以驗(yàn)證改進(jìn)后算法的效果;采用循環(huán)配置攝像頭曝光值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)雙曝光;采用5級(jí)流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基于人眼亮度分辨率的多曝光圖像融和

4、算法，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的要求;最終結(jié)合友晶的TRDB-D5M攝像頭和LTM顯示屏，開(kāi)發(fā)了一套基于Altera的CycloneⅡ系列FPGA芯片的實(shí)時(shí)高清視頻動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展原型驗(yàn)證系統(tǒng)。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)占用的FPGA資源少，在逆光環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)亮暗處的細(xì)節(jié)同時(shí)可分辨清楚，采用33.2MHz的時(shí)鐘頻率，處理分辨率為800*480的視頻，處理一幀所需要的時(shí)間是10.52ms，即每秒可以處理95幀，即使分辨率是1204*768或1