HDR處理

　　圖像的質(zhì)量取決于各種因素，包括照明。根據(jù)照明情況，場景的部分區(qū)域可能太暗，而有些區(qū)域太亮。在這些區(qū)域往往看不到細節(jié)。丟失的細節(jié)可能在應用中是非常重要的，那里需要作出關(guān)鍵的決策。

　　圖4 HDR處理實例

　　動態(tài)范圍（也稱為圖像的最大對比度）描述圖像的最亮點到相同圖像最暗點之間的比率。人的眼睛能夠看到這兩個區(qū)域中的細節(jié)，但大多數(shù)圖像傳感器具有有限的動態(tài)范圍，并且不能夠捕捉相同圖像在這兩個區(qū)域中的細節(jié)。為了能夠在高對比度區(qū)域看到細節(jié)，需要捕獲具有不同的曝光時間的同一場景的多個圖像。需要很短的曝光時間以捕獲非常明亮的區(qū)域，需要長曝光時間以捕獲暗的區(qū)域。

　　具有不同曝光時間的圖像可以被組合成一個圖像，提高了圖像的動態(tài)范圍。不同曝光時間的場景捕獲和這些圖像整合為一個圖像被稱為高動態(tài)范圍（HDR）處理，也被稱為寬動態(tài)范圍（WDR）處理。HDR處理、全局和局部的色調(diào)映射算法被用來創(chuàng)建單一的圖像，擴展了動態(tài)范圍，在相同圖像的高對比度區(qū)域中顯示出細節(jié)。動態(tài)范圍通常以dB表示。好的HDR圖像的動態(tài)范圍大于或等于90。例如，Aptina720p HDR傳感器（MT9M034）的動態(tài)范圍為120dB。

　　HDR處理算法有很強的處理功能，尤其是當使用更高幀速率的兆像素傳感器時。這些都需要很強的處理能力，現(xiàn)成的圖像信號處理器（ISP）往往無法實現(xiàn)。使用FPGA實現(xiàn)這些復雜和需要大量資源的的算法是最佳的。相同的FPGA器件可用于實現(xiàn)附加的圖像處理算法。

　　圖5 基于FPGA的傳感器接口橋接和HDR處理

　　圖5展示了用松下MN34041圖像傳感器實現(xiàn)HDR。具有不同曝光時間的兩個1080p幀以每秒60幀（fps）的速度捕獲。通過一個行緩沖器傳遞一個幀，同步這兩個捕獲的幀。同步后，兩幀被組合，并加工成每秒30幀的1080p幀。在上述的例子中，傳感器接口、行緩沖器控制器、幀合成器和色調(diào)映射算法是用單片萊迪思的MachXO2 FPGA來實現(xiàn)的。處理的幀然后被傳遞的圖像信號處理器，用于進一步的處理。

　　視頻分析

　　視頻分析（VA）具有能夠自動分析視頻的功能， 以檢測并確定事件。視頻分析可用于廣泛的應用領(lǐng)域，包括安防監(jiān)控、汽車、交通控制、以及零售。運動檢測是最流行的視頻分析算法，相對固定的背景場景檢測運動。Intellivision公司針對基于LatticeECP3 HDR-60攝像機開發(fā)套件已經(jīng)開發(fā)了一套完整的智能視頻分析和移植，可實現(xiàn)智能安全攝像機的設(shè)計。該套件包括智能視頻移動檢測、智能入侵檢測，以及攝像機篡改檢測。智能視頻移動探測可以區(qū)分動物和人，必要時會發(fā)送警報。當有人打開一扇門或進入受限制的空間時，智能入侵檢測會發(fā)出警報。有了攝像機篡改檢測功能，如果攝相機被移動，阻擋或破壞聚焦，可以發(fā)出警報并采取相應的行動。

　　圖6 視頻分析演示

　　針對基于HDR-60攝像機開發(fā)套件的視頻分析演示，圖6展示了基于以太網(wǎng)的圖形控制界面。黃線表示計數(shù)器演示，用戶能夠在屏幕的水平，垂直或?qū)蔷€位置上定位這條黃線。如果一個對象穿過這根線，那么這個對象從一個位置到另個位置就會被計數(shù)。此功能可以用來數(shù)出人們進入或退出某個位置的數(shù)目。紅色方框表示一個受限制的區(qū)域，可以對紅色框的大小和位置進行編程，以滿足特定應用。一旦對象進入現(xiàn)場，就會被檢測到。對象進入紅色框表示的受限制區(qū)域可以設(shè)置警報。自動檢測和報警可以取代昂貴的攝像機圖像的實時監(jiān)控。在圖6中未展示的第三個功能是攝像機的篡改檢測。當攝相機被遮蓋或移動時，會發(fā)送警報。

　　總結(jié)

　　更高分辨率和更高幀速率圖像傳感器的需求在繼續(xù)增長。這些圖像傳感器和先進的圖像信號處理算法的整合，如HDR和智能視頻分析，開辟了新的、還無法想象的應用領(lǐng)域?，F(xiàn)有的信號處理器跟不上新的復雜應用的性能要求?？删幊蘁PGA器件能夠同時與多個高分辨率圖像傳感器接口，拼接在一起成為全景或平鋪格式，并在同一芯片上運行HDR和智能視頻分析算法，因此FPGA器件是一個的理想選擇。