基于FPGA的高动态摄像机的设计

【摘要】在现实世界中，场景的动态范围能够达到1014个数量级，人类视觉系统（HVS）能够感知到105个数量级的动态范围。但是目前普通的摄像设备和显示设备的动态范围仅仅有102~103个数量级，这样在表示高动态范围现实场景时，会造成场景中的部分内容细节丢失。高动态成像技术是一种如何记录并还原显示真实场景的技术。利用高动态成像技术，类似胶片摄像时代的局部加光或减光，在一张照片上可以同时显示出暗区和高亮区的图像细节。本文旨在提出一个可以在FPGA上实现的，融合了HDR色调映射功能的摄像机实现架构。首先本文阐述了数码摄像机的结构。并以AR0331CMOS图像传感器芯片为例，介绍了CMOS芯片的主要参数性能和控制方法等。图像信号处理器（ImageSignalProcessor）是摄像机的核心，本文详细的描述了从CMOS芯片获取到Bayer图像后，经过黑水平校正、非线性校正、白平衡校正、颜色插值、颜色校正、伽马校正后得到彩色图像的整套处理流程和各项功能调试方法等。接下来本文详细描述了HALEQ全局色调映射算法的原理和实现方法，并在将HALEQ算法扩展成为局域色调映射算法时，在原有的去块效应的方法基础上，提出了增加将分块的极值做滤波的处理，这样能够得到更好的效果。然后，为更适宜在FPGA中实现，本文提出了针对HALEQ算法的合理的简化模型。基于前面的结果，本文提出了在FPGA上实现的视频处理SOC基础架构，介绍了在此架构中各个单元的功能作用。同时介绍了所采用的HDR摄像机的硬件设计方案，选用了目前较先进的XilinxZynq芯片来作为主处理器。最后，结合HDR摄像机的核心–ISP处理器和HDR色调映射算法，将两项算法按照SOC架构来构建，给出了各个模块的设计框图，实现了在FPGA上实现HDR摄像机的架构设计。
【作者】何梓溢；
【导师】冯月萍；
【作者基本信息】吉林大学，软件工程，2014，硕士
【关键词】高动态成像；ISP；色调映射；

【参考文献】
[1]涂修丽.六比特最大纠缠态的量子隐形传态方案研究以及GHZ态叠加的公共纠缠分析[D].新疆师范大学,理论物理,2013,硕士.
[2]宋健楠.互动交流背景下负反馈对英语疑问句习得所起促进作用的研究[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[3]张艳秋.永磁同步电动机弱磁控制方法研究[D].北方工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[4]杨姗.二甲双胍联合熊去氧胆酸治疗非酒精性脂肪性肝病的疗效观察[D].山东大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[5]程子序.通过《中学地理实验课》培养师范生地理实验能力的研究[D].首都师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[6]曾兰.90后大学生思想行为特点与教育引导策略研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[7]贺志伟.CMOS射频超宽带信号发生电路设计[D].北方工业大学,集成电路工程,2014,硕士.
[8]李红梅.基于基因组信息的大黄鱼（Pseudosciaena crocea）微卫星标记开发及应用[D].浙江海洋学院,海洋生物学,2014,硕士.
[9]于治华,胡存铭.关于初至时间标准值的计算方法[J].石油地球物理勘探,1997,S1:188-192.
[10]廖承菌.基于太阳电池应用的黑硅材料湿法化学制备研究[D].云南师范大学,农业生物环境与能源工程,2013,硕士.
[11]傅国强.基于关联规则的协同垃圾邮件过滤系统研究[J].深圳职业技术学院学报,2005,03:15-18.
[12]王帅.中国海外投资保险立法研究[D].郑州大学,国际法学,2013,硕士.
[13]胥昊.煤层气井产量影响因素及提高产量措施研究[D].燕山大学,油气田开发工程,2014,硕士.
[14]郜健茗.两种内固定方法在不稳定型骨盆前环骨折治疗中的应用[D].郑州大学,外科学,2013,硕士.
[15]石军.改革开放中的肯尼亚电信市场[J].世界电信.2004(06)
[16]甘克文.隐蔽圈闭油气藏与沉积盆地[J].大庆石油地质与开发.1984(01)
[17]刘翼.《关于向国外送达民事或商事司法文书或司法外文书公约》评析[D].中国政法大学,国际法学,2004,硕士.
[18]蔡达莉.我国传统工艺的知识产权保护[D].华侨大学,法律,2013,硕士.
[19]宫俊.蜡梅CpDsbA-FrnE基因的生物特性分析及功能初步研究[D].西南大学,园艺学,2013,硕士.
[20]马龙.天然气水合物储层饱和度参数数值模拟[D].吉林大学,地球探测与信息技术,2014,硕士.
[21]王燕榕.徒弟寻求反馈行为对企业导师知识共享行为的影响研究[D].上海大学,企业管理,2013,硕士.
[22]周笑磊.IT企业中知识管理与技术创新作用机理研究[D].浙江大学,企业管理,2003,硕士.
[23]范丽洁.太赫兹技术在医药领域的应用研究[D].北京交通大学,2015.
[24]祝永明.1.利咽颗粒剂制备及其质量标准研究　2.氟罗沙星注射液与抗感染中药注射液配伍的稳定性考察[D].浙江大学,2003.
[25]段艳文.高速列车减振器流场与节流阀结构分析[D].西南交通大学,动力机械及工程,2014,硕士.
[26]成魁.淫羊藿苷与金雀异黄酮抗骨质疏松药理活性的比较研究[D].兰州理工大学,生物工程,2014,硕士.
[27]张卫.我部已成立“冶金系统微型计算机协作组”[J].冶金自动化,1982,02:46.
[28]沈健,冯晨,林允照,郑文华,顾华,蒋锦琴,冯磊.铜绿假单胞菌生物膜形成机制及耐药相关性[J].浙江预防医学,2015,01:40-43.
[29]盛洁.商业银行信用卡违约概率评估的实证研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[30]徐泽平.数据挖掘在Internet信息检索中的应用[D].中国科学院研究生院（计算技术研究所）,2001.
[31]逄增吉.基于小波变换与傅里叶分析的谐波检测方法研究[D].沈阳工业大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[32]刘亚.基于API截获技术的远程监测系统设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2004,硕士.
[33]施嘉.大跨径预应力混凝土连续刚构桥开裂成因分析研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[34]刘士祺.基于网络的中职学校教务管理系统的研究与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[35]张楠.企业内部控制的研究[D].东北财经大学,会计学,2003,硕士.
[36]李继东.协同式工艺信息系统研究与应用[D].西北工业大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[37]杨武韬.一款高性能高稳定性的BUCK型DC-DC稳压器的分析与设计[D].湖北大学,无线电物理,2011,硕士.
[38]钟庆昌,谢剑英.基于输入整形的时滞系统最小拍控制[J].控制与决策,2000,02:230-232.
[39]石少敏.Graves眼病新的诊断和治疗方案的探索[D].华中科技大学,内科学,2013,硕士.
[40]宋东明.高校教师专业发展研究[D].扬州大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[41]佟丹.我国零售业上市公司资本结构与经营绩效相关性实证分析[D].华侨大学,项目管理（专业学位）,2013,硕士.
[42]李晓云.厦门国贸海运有限公司的营运模式研究[D].厦门大学,工商管理（EMBA）,2014,硕士.
[43]陈保卫.鼓泡塔内液相流体流动和返混现象的CFD模拟[D].天津大学,化学工程,2004,硕士.
[44]严芬.分布式多层应用系统及其安全控制的研究与应用[D].扬州大学,2002.
[45]高军.基于异构电力信息源柔性动态报表系统的研究[D].武汉大学,2004.
[46]王艳.多因素干预促进视神经再生的实验研究及视神经缺血模型的建立[D].复旦大学,眼科学,2012,博士.
[47]魏文光,孙宝正,陈鸿业.中温螺栓钢20Cr1Mo1VNbTiB粗晶的本质及其晶粒遗传机理探讨[J].四川冶金.1989(03)
[48]陈斌.电针调控Wnt信号通路促进脑缺血再灌注后神经前体细胞的增殖[D].福建中医药大学,针灸推拿学,2014,硕士.
[49]汪冰峰.定向凝固传质问题研究[D].湘潭大学,材料加工工程,2003,硕士.
[50]孟中良.NF-κB参与低氧预适应对自体原位肝移植大鼠JNK通路的影响[D].扬州大学,外科学,2011,硕士.