专利名称：成像系统中的宽动态压缩器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及成像系统，特别是涉及成像系统中的压缩器。
背景技术：
现有的成像系统中通常采用压缩器来对图像进行必要的处理。在成像系统中，宽动态一般是指场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚，宽动态范围则是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。宽动态的表现方式以“倍数”或“dB”来表示，在以100IRE为标准时，换算公式=NdB = 201og(V2/Vl)。举例来说，如果第一款摄像机(称VI)的宽动态值为10dB，第二款摄像机(称V2)的宽动态值为 48dB，那么，第二款摄像机与第一款摄像机之间的差为38dB，也就是V2/V1 = 80，说明第二款摄像机与第一款摄像机的宽动态范围相差为80倍。随着科技的发展，宽动态渐渐地被大家所认识，在监控摄像机行业中，带有宽动态功能也慢慢地被认为摄像机的一种必备的基本功能。但是这种功能的实现瓶颈在于是否具备宽动态采样或是具备多重曝光功能，随着图像传感器的不断发展，这个瓶颈已经基本解决，现有的一些CMOS图像传感器的宽动态范围值甚至可以达到160db。有了宽动态范围的图像传感器后就需要一种与它相匹配的摄像机，以更好地还原宽动态传感器的图像。若图像传感器是宽动态的，而摄像机不具备宽动态的还原，那么得到的图像就还是和普通的摄像机一样。一方面，现有的宽动态压缩器通常是通过在计算机上运行的软件来实现，这种软件难以在摄像机上实现；另一方面，在硬件上实现一个实时的宽动态压缩器有很大的难度， 即使在单独的硬件上实现也必须耗费大量的硬件资源，致使硬件成本大大提高。可见，实有必要对现有技术进行改进。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种成像系统中的宽动态压缩器，用硬件实现，并且成本较低。本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案包括，提出一种成像系统中的宽动态压缩器，包括统计模块，其将输入的当前亮度值与保存的最大亮度值及最小亮度值相比，对保存的最大亮度值及最小亮度值进行更新，并将当前亮度值、保存的最大亮度值及最小亮度值输出；对数压缩模块，其对该统计模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值进行对数运算并输出三者的对数值；除法模块，其根据对数压缩模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值对当前亮度值进行归一化处理并将该归一化值输出；以及Gamma校正模块，其根据除法模块提供的归一化值进行查表以得到当前亮度值的压缩表达值。该对数压缩模块包括三路并列的单元，以同时进行三路的对数压缩运算。该对数压缩模块是进行以2为底的对数运算的。该对数压缩模块包括用以得到整数对数值的第一部分和用以得到小数对数值的第二部分，该第二部分是以查表的形式实现的。该除法模块是采用牛顿迭代算法实现的。该归一化值是8位表不的。该压缩表达值是8位表示的。该统计模块、对数压缩模块、除法模块以及Gamma校正模块是采用FPGA实现的。与现有技术相比，本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器，用硬件实现，并且成本较低。
图I为本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器的结构示意。图2为本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器的流程图。
具体实施方式
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。如图I所示，本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器实施例大致包括统计模块1，对数模块2，除法模块3以及6&_&校正模块4。这几个模块组合起来可实现宽动态的数据压缩功能，整个压缩的方法和过程主要可以通过下列公式来表达。在公式中可以看到， 所有的原始数据都是经过了对数压缩。由于对数函数是最接近人类眼睛的成像函数，所以采用对数函数压缩数据可以得到一个更宽范围的亮度空间。公式的分子是原始数据的对数结果减去最暗点的对数结果，这样可以理解为原来的像素点在压缩后的亮度空间的位置。 分母则是最亮点的对数结果减去最暗点的对数结果，这样可以理解为压缩完后新的亮度空间范围。F(X) = [log2(X+l)~log2(Xmin+1)]/[log2(Xmax+1)~log2(Xmin+1)]统计模块1，它的功能是实现数据统计，它可以找出整个图像里面的最亮点和最暗点，并将这两个的数据传连同当前图像点数据输到对数模块2去。它的输入是整个系统的输入端，连接了场信号vs，行信号hs，图像数据data。输出连接到对数模块2，分别连了最亮点数据，最暗点数据以及图像点数据。对数模块2，它的功能是将宽带宽的数据压缩到较小的带宽数据，为了提高处理速度，本实用新型中是并列设置了三路单元21、22、23，以同时得到最亮点数据，最暗点数据以及图像点数据的对数压缩值。如果对数函数只用查找表来实现，那么它会消耗极大的硬件资源，因此必须对它进行优化，这里用一个数的优化计算来表达本实用新型的优化策略先将log2(4000)分解为Il+log2 (1+1952/2048)，然后用一个8位的查找表去找到一个近似的 log2 (1+1952/2048)，采用该优化策略可以大大减少硬件资源的要求。对数模块2的输出都连接到除法模块3中去。除法模块3，它的功能是实现数据的归一化，便于以后数据空间的换算。在本实用新型中，除法器也做了优化，以缩减计算时间以及减少资源的消耗。除法器的算法主要采用了牛顿迭代的方法，也就是先用一个8位的查找表找出一个粗劣的原始数值，然后进行迭代找到一个精确的结果。Gamma校正模块4，它的功能是亮度校正，让图像的亮度和对比度更加合理。它主要是由一个8位的查找表组成。需要说明的是，上述的统计模块I、对数压缩模块2、除法模块3以及Gamma校正模块4可以采用FPGA实现，也可以采用其它的专门的集成电路来实现。图2为本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器的流程图。大致包括步骤I、将进来的数据进行比较，找出最亮点和最暗点。每进来一个点的数据都和之前的数据点比较，如果现在的数据比之前的最亮点大，那就替代原来的最亮点数据，如果比最暗点的数据还小，那就替换掉原来的最暗点数据，这样重复直到图像的最后一个点结束。并将这两个点的数据在下一张图片到来的时候和原始数据一起传送到后面log表中去;步骤2、在对数模块中，先将数据进行分解，把最高位的数据优化出来，然后把剩下的数据当做查找表的地址，找到对应的近似值，然后把这两个值相加起来，得到数据的真正结果;步骤3、将步骤2的最亮值数据减掉最暗值数据作为除法器的分母，原始数据减掉最暗值数据作为分子，计算出一个归一化的数值；步骤4、将步骤3的数据作为Gamma校正的查找表地址，该查找表是一个8位的数据，这样还原后就可得到一个在O 255数据空间的压缩值。这个数值就是本实用新型想压缩得到的结果。与现有技术相比，本实用新型的成像系统中的宽动态压缩器，通过全局的亮度版图(tonemap)调节,对宽动态的图像进行压缩,这样也能实现宽动态图像的还原,但是图像的细节有所损失，图像的对比度较差，不过可以通过一定Gamma校正和对比对调节加以改善，从而可以大大减少对资源依赖并实现实时的宽动态还原。以上，仅为本实用新型之较佳实施例，意在进一步说明本实用新型，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。
权利要求1.一种成像系统中的宽动态压缩器，其特征在于，包括统计模块，其将输入的当前亮度值与保存的最大亮度值及最小亮度值相比，对保存的最大亮度值及最小亮度值进行更新，并将当前亮度值、保存的最大亮度值及最小亮度值输出；对数压缩模块，其对该统计模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值进行对数运算并输出三者的对数值；除法模块，其根据对数压缩模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值对当前亮度值进行归一化处理并将该归一化值输出；以及6&_&校正模块，其根据除法模块提供的归一化值进行查表以得到当前亮度值的压缩表达值。
2.如权利要求I所述的成像系统中的宽动态压缩器，其特征在于，该对数压缩模块包括三路并列的单元，以同时进行三路的对数压缩运算。
3.如权利要求I或2所述的成像系统中的宽动态压缩器，其特征在于，该统计模块、对数压缩模块、除法模块以及Gamma校正模块是采用FPGA实现的。
专利摘要一种成像系统中的宽动态压缩器，包括统计模块，其将输入的当前亮度值与保存的最大亮度值及最小亮度值相比，对保存的最大亮度值及最小亮度值进行更新，并将当前亮度值、保存的最大亮度值及最小亮度值输出；对数压缩模块，其对该统计模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值进行对数运算并输出三者的对数值；除法模块，其根据对数压缩模块提供的当前亮度值、最大亮度值及最小亮度值对当前亮度值进行归一化处理并将该归一化值输出；以及Gamma校正模块，其根据除法模块提供的归一化值进行查表以得到当前亮度值的压缩表达值。本实用新型用硬件实现，并且成本较低。
文档编号H04N5/238GK202353675SQ20112029555
公开日2012年7月25日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者庄堉, 陈付军 申请人:浙江博视电子科技股份有限公司