An Adaptive Global and Local Tone Mapping Algorithm Implemented on FPGA

计算机科学 现场可编程门阵列 色调映射 像素 帧速率 直方图 算法 门阵列 延迟(音频) 计算机硬件 直方图均衡化 计算机视觉 高动态范围 图像(数学) 动态范围 电信
作者
Prasoon Ambalathankandy,Masayuki Ikebe,Takayuki Yoshida,Takeshi Shimada,Takamaeda Shinya,Masato Motomura,Tetsuya Asai
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30 (9): 3015-3028 被引量:15
标识
DOI:10.1109/tcsvt.2019.2931510
摘要

We present a fast global and locally adaptive tone mapping algorithm and its field-programmable gate array (FPGA) implementation. The specially designed tone mapping function, which is based on local histogram equalization, controls global, and local characteristics individually. In contrast to other tonemap operators, our algorithm manages light/dark halos separately and by using local tonemap function alone, it can effectively suppress noise. We validated the effectiveness of our algorithms using subjective and objective assessment. Using an average of the bins, we achieve fast smoothed local histogram estimation with fewer bins while maintaining high accuracy. Our new implementation method requires minimal data access and reduced memory as it operates with a downscaled frame size of 240 × 135 pixels. Relative local area size is 248 × 248 @Full-HD resolution (1920 × 1080). For low-latency pixel output, the system performs the tone mapping using pixel information from the previous frame. When we implemented the system on FPGA (TB-7K-325TIMG and Xilinx Kintex-7), we achieved lightweight hardware as the total usage rate is about 25% of the available FPGA resource. Using an online 1080p video we demonstrate, a real-time video processing using our hardware tone mapping system.
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