式進行。其中，N是 曝光包圍組數(shù)量，i是當(dāng)前寫入的像素數(shù)據(jù)，第i個像素數(shù)據(jù)對應(yīng)的緩存區(qū)根據(jù)第i個像素 數(shù)據(jù)的曝光量確定。對應(yīng)像素數(shù)是指各個曝光不同的圖像中相同坐標(biāo)位置的像素數(shù)據(jù)，所 述輪詢方式是指根據(jù)像素數(shù)據(jù)的寫入和讀取高速循環(huán)進行。
[0052] 以圖2中曝光包圍組數(shù)量是3為例，設(shè)置3個緩存區(qū)201、202和203。某段時間 內(nèi)，源視頻包含某五幀圖像20、21、22、23和24,圖像20和23曝光量相同，21和24曝光量 相同，第一曝光包圍組的3張圖像對應(yīng)像素數(shù)據(jù)20、21、和22,第二曝光包圍組的3張圖像 對應(yīng)像素數(shù)據(jù)21、22和23,第三曝光包圍組的3張圖像對應(yīng)像素數(shù)據(jù)22、23和24。當(dāng)接收 到源視頻圖像20的各個像素數(shù)據(jù)，將其寫入緩存區(qū)201對應(yīng)地址；當(dāng)接收到源視頻圖像21 的各個像素數(shù)據(jù)，將其寫入緩存區(qū)202對應(yīng)地址；緩存區(qū)201數(shù)據(jù)不變；當(dāng)接收到源視頻圖 像22的各個像素數(shù)據(jù)，將其寫入緩存區(qū)203對應(yīng)地址，緩存區(qū)20U202數(shù)據(jù)不變。當(dāng)接收 到源視頻圖像23的各個像素數(shù)據(jù)，因為圖像23的曝光量與圖像20相同，所以更新緩存區(qū) 201，即用像素數(shù)據(jù)23覆蓋像素數(shù)據(jù)20。此時，3個緩存區(qū)均寫入像素數(shù)據(jù)，在更新緩存區(qū) 201的同時，輪詢讀取3個緩存區(qū)圖像23、21和22的各個像素數(shù)據(jù)；由于緩存區(qū)個數(shù)與源 視頻曝光包圍組數(shù)相同，保證讀出的圖像數(shù)據(jù)與源視頻的圖像數(shù)據(jù)幀數(shù)相同。
[0053] 當(dāng)接收到源視頻像素數(shù)據(jù)24,更新緩存區(qū)202, 3個緩存區(qū)均寫入像素數(shù)據(jù)，以輪 詢方式讀取3個緩存區(qū)的像素數(shù)據(jù)23、24和22 ;從各個緩存區(qū)讀取的視頻圖像各自含有對 應(yīng)的單一曝光，后續(xù)依次類推，不再贅述。
[0054] 103、將讀取的像素數(shù)據(jù)還原為像素光強值，將所述像素光強值合成HDR像素。
[0055] 具體的，根據(jù)預(yù)設(shè)查找表格將讀取的N個像素數(shù)據(jù)還原為像素光強值，通過權(quán)重 函數(shù)將所述N個像素光強值合成HDR像素。其中，查找表格可以根據(jù)傳感器光強函數(shù)進行 設(shè)置，權(quán)重函數(shù)選取高斯函數(shù)。優(yōu)選的，可以預(yù)設(shè)兩個查找表格，根據(jù)所述兩個預(yù)設(shè)查找表 格將讀取的N個像素數(shù)據(jù)還原為像素光強值和對應(yīng)的權(quán)重值，將兩個數(shù)值進行除運算。
[0056] 可選的，可以通過如下公式將讀取的像素數(shù)據(jù)還原為像素光強值并將像素光強值 合成HDR像素。
[0059]
為HDR像素，即傳感器上感應(yīng)到的接近真實環(huán)境的光強值，x表示像素在曝 光圖像上的位置；
[0060] 仁(X)為第i個曝光圖像中X位置處的像素值；
[0061] F (A (X))為以像素值為對應(yīng)地址的光強度查找表格；
[0062] W (匕(X))為以像素值為對應(yīng)地址的權(quán)重查找表格。
[0063] 優(yōu)選的，光強度查找表格為 ^fi(X)) = w(fi (X)) kj 1Cfi(X));
[0064] 權(quán)重查找表格為：W(fi(x)) = w(fi(x));
[0065] 其中：f 1 (仁(X))為視頻拍攝裝置（如相機）的響應(yīng)曲線的反函數(shù)；
[0066] W^(X))為對應(yīng)像素的權(quán)重函數(shù)；
[0067] 1^為各個像素的曝光補償，相鄰曝光圖像的k i相等。
[0068] 可選的，Wf1(X))權(quán)重函數(shù)可根據(jù)用戶所需的合成效果來確定。通常情況下， WaiU))權(quán)重函數(shù)可通過調(diào)節(jié)高斯函數(shù)得到，例如，Wf1(X))由高斯函數(shù)定義，通過位置參 數(shù)μ和σ根據(jù)所對應(yīng)曝光對其進行調(diào)節(jié)，則Wf 1(X))權(quán)重函數(shù)可表示為如下公式：
[0070] 在極端光照情況下，含極高（或極低）曝光的圖像可選擇S型生長曲線（sigmoid 函數(shù)）作為權(quán)重函數(shù)。例如，當(dāng)曝光設(shè)置過高（亮度極低的場景）或者曝光設(shè)置過低（亮 度極高的場景）時，W(AOO)可選用S型生長曲線，通過位置參數(shù)V根據(jù)所對應(yīng)的曝光進行 相應(yīng)調(diào)節(jié)，則w(AGO)權(quán)重函數(shù)可表示為如下公式：
[0072] 需要說明的是，在具體選取權(quán)重函數(shù)的時候可以根據(jù)實際情況選擇不同的高斯函 數(shù)或S型生長曲線，也可以選擇其他函數(shù)進行調(diào)節(jié)，上述公式僅僅是選取權(quán)重函數(shù)的示例， 并不構(gòu)成對本實用新型的限定。
[0073] 104、將所述HDR像素進行色調(diào)映射處理。
[0074] 具體的，根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)對HDR像素進行壓縮處理，所述壓縮處理可通過如下公式 實現(xiàn)：
[0076] 其中：
[0077] Q1為壓縮后的像素值；
[0078] I為合成的HDR像素；
[0079] r，k和d為用于調(diào)節(jié)對比度和亮度的參數(shù)，通過同時調(diào)節(jié)r，k和d實現(xiàn)對比度和亮 度的調(diào)節(jié)。
[0080] 通過上述壓縮處理后，可以使視頻圖像在有限動態(tài)范圍媒介，如普通顯示器上初 步地顯示出來。進一步的，對上述壓縮后的HDR圖像進行卷積處理，生成各層模糊像素用于 提取原圖像的細(xì)節(jié)，以便在映射過程中生成對比度大的輪廓。
[0081] 具體的，選用尺寸為SXS的二進制高斯矩陣作為模板對上述壓縮后的圖像進行 二維離散卷積處理。公式如下：
[0083] 其中：
[0084] F(x，y)為經(jīng)過卷積處理后圖像中對應(yīng)行數(shù)為X，列數(shù)為y的像素值；
[0085] I (X，y)為待處理圖像中對應(yīng)行數(shù)為X，列數(shù)為y的像素值；
[0086] S為奇數(shù)，以5X5為例，
為離散矩陣的半徑；
[0087] V(x，y)為二進制高斯矩陣模板，通過移位運算可以在更短時間內(nèi)以更少的計算成 本得到結(jié)果。該矩陣模板各處數(shù)值為2的N次冪。在卷積運算中，所有乘法器簡化為左移 位運算。以5X5的矩陣模板為例，歸一化后的矩陣模板如下：
[0089] 通過對同一副圖像多次連續(xù)地迭代卷積運算可以生成各層模糊像素。迭代次數(shù)可 根據(jù)計算成本而定。生成各層模糊像素用于原圖像的輪廓增強。示例性的，輪廓增強可通 過如下公式實現(xiàn)：
[0091] 其中：
[0092] I (X，y)為輪廓增強前后圖像中對應(yīng)行數(shù)為X，列數(shù)為y的像素值；
[0093] U (X，y)為輪廓增強后圖像中對應(yīng)行數(shù)為X，列數(shù)為y的像素值；
[0094] CnS η層細(xì)節(jié)圖像各自的預(yù)設(shè)權(quán)重值；
[0095] Fn (I (X，y))為上述卷積運算的η次迭代運算。
[0096] 105、將所述色調(diào)映射處理后的HDR像素顯示出來
[0097] 具體的，通過分析源視頻各個曝光段，在色調(diào)映射處理后的圖像上進行白平衡控 制和直方圖均勻化處理，并輸出到顯示器上。
[0098] 本實用新型提供的實時圖像處理電路：通過設(shè)置與源視頻曝光包圍組數(shù)相同的緩 存區(qū)，并控制對應(yīng)像素數(shù)據(jù)在各緩存區(qū)的讀寫，實現(xiàn)同步讀取曝光量不同但位置相同的像 素數(shù)據(jù)，同時保證讀出的像素數(shù)據(jù)與源視頻的像素數(shù)據(jù)幀數(shù)相同。通過對曝光量相同像素 數(shù)據(jù)的合成與色調(diào)映射，完成了 HDR技術(shù)在FPGA上的實現(xiàn)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)化HDR技 術(shù)的算法并將其硬件化，實時合成高分辨率圖像，在提高幀率的同時減小功耗。
[0099] 本實用新型還提供一種圖像處理電路，如圖3,該電路包括依次連接的緩存電路模 塊31、合成電路模塊32、映射電路模塊33和顯示控制電路模塊34。緩存電路模塊31與視 頻源相連，用于接收源視頻圖像，將源視頻中曝光量不同的各圖像的對應(yīng)像素數(shù)據(jù)寫入不 同緩存區(qū)，并同步讀出各緩存區(qū)曝光量不同但位置相同的像素數(shù)據(jù)。合成電路模塊32，用于 將讀取的像素數(shù)據(jù)還原為像素光強值，將所述像素光強值合成HDR像素。映射電路模塊33 用于將所述HDR像素進行色調(diào)映射處理。顯示控制電路模塊34與外部顯示器相連，用于將 所述色調(diào)映射處理后的HDR像素顯示出來。
[0100] 如圖4,緩存電路模塊31包括N個視頻接口 310,每個視頻接口 310連接有對應(yīng)的 讀寫控制器311，所有讀寫控制器311與輪詢控制模塊312相連，輪詢控制模塊312與內(nèi)存 313相連。其中，N個視頻接口 310分別用于接收源視頻同一包圍組中不同圖像的對應(yīng)像素 數(shù)據(jù)，N是源視頻曝光包圍組數(shù)量；讀寫控制器311用于控制從與其相連的視頻接口 310 向內(nèi)存313寫入和/或讀出像素數(shù)據(jù)，當(dāng)N個內(nèi)存313均寫入像素數(shù)據(jù)時，采用N個讀命令 讀取N個內(nèi)存313的像素數(shù)據(jù)，并采用1個寫命令寫入第i個像素數(shù)據(jù)，i是當(dāng)前寫入內(nèi)存 313的像素數(shù)據(jù)；輪詢控制模塊312用于控制各個讀寫控制器311的讀寫命令，采用循環(huán)方 式向內(nèi)存313高速寫入和/或讀出像素數(shù)據(jù)。
[0101] 合成電路模塊32包括依次連接的查找表格模塊和運算器。查找表格模塊預(yù)存有 與N個視頻接口 310對應(yīng)連接的N個第一查找表格和N個第二查找表格，所述第一查找表 格用于將讀取的N個像素數(shù)據(jù)還原為N個像素光強值，所述第二查找表格用于將讀取的N 個像素數(shù)據(jù)還原為N個權(quán)重值；所述運算器，用于將所述像素光強值和所述權(quán)重值合成HDR 像素。進一步的，運算器包括加法器和除法器。
[0102] 以圖5為例，合成電路模塊32包括第一查找表格模塊320,第二查找表格模塊 320'，以及分別與二者對應(yīng)連接的兩個加法器321，兩個加器321與除法器322相連。像素 數(shù)據(jù)A (X)經(jīng)第一查找表格模塊320處理還原為像素光強值F1 (X)，經(jīng)第二查找表格模塊 320'處理還原為權(quán)重值W1 (X)，F(xiàn)1 (X)和W1 (