Локальный тон-маппер (LTM)
Блок локального тон-маппинга — это аппаратный модуль обработки изображений, преобразующий кадр с высоким динамическим диапазоном яркости в диапазон, воспроизводимый устройством отображения, путём адаптивной коррекции яркости и контраста в зависимости от локального окружения каждого пикселя, а не по единой характеристике для всего кадра целиком.
Разработанный нами блок реализует потоковую обработку кадров построчно, без необходимости хранить кадр целиком, что минимизирует требования к памяти и задержку. Управление алгоритмом и адаптивная настройка параметров (в зависимости от статистики сцены) выполняются небольшим встроенным RISC-V ядром, которое работает совместно с аппаратным конвейером обработки пикселей.
По сравнению со стандартным индустриальным решением — CLAHE (Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization) — наш блок демонстрирует заметно более высокое качество результата: лучшую детализацию в тенях и светах, меньше артефактов и более естественную передачу контраста, при этом являясь значительно более эффективным по площади кристалла и энергопотреблению.
Современные сенсоры изображения формируют кадры с высоким динамическим диапазоном (HDR), который значительно превышает возможности стандартных 8-битных дисплеев и трактов отображения. Простое линейное сжатие диапазона (глобальный тон-маппинг) приводит к потере деталей одновременно в тенях и светах: либо тёмные участки становятся неразличимо чёрными, либо пересвеченные области превращаются в сплошное белое пятно.
Локальный тон-маппинг решает эту проблему, адаптируя преобразование яркости не глобально для всего кадра, а локально — с учётом окружения каждого пикселя.
Блок анализирует локальную яркостную структуру изображения, выделяя низкочастотную составляющую (общий уровень освещённости региона) и высокочастотную (детали, контраст, текстуру). Компрессия применяется преимущественно к низкочастотной составляющей, тогда как локальный контраст сохраняется или даже усиливается. Для этого используется многомасштабный анализ окрестности пикселя — вычисление локальной статистики яркости в скользящих окнах разного размера — с последующим построением адаптивной передаточной характеристики (кривой отображения) для каждой области кадра. Обработка организована в конвейере, синхронизированном с потоком пикселей от сенсора, без буферизации всего кадра целиком.