ハイダイナミックレンジイメージング

この例では、ハイダイナミックレンジイメージングアルゴリズムを実装する MATLAB® 設計からの HDL コードの生成方法を示します。

アルゴリズム

ハイダイナミックレンジイメージング (HDRI または HDR) は、イメージ処理や写真撮影で使用される一連の技法で、現在の標準的なデジタルイメージ処理や写真撮影の技法よりも広いダイナミックレンジ (イメージの最も明るい部分から最も暗い部分までの範囲) に対応しています。HDR イメージでは、直射日光からかすかな星明かりまで、実際の光景における強度レベルの範囲をより正確に表現でき、多くの場合は同じ対象について露出が異なる複数の画像をキャプチャします。

MATLAB 設計

design_name = 'mlhdlc_hdr';
testbench_name = 'mlhdlc_hdr_tb';

関数 dbtype を使用して MATLAB 設計のコンテンツを表示します。

dbtype(design_name);

1     function [valid_out, x_out, y_out, ...
2         HDR1, HDR2, HDR3] = mlhdlc_hdr(YShort1, YShort2, YShort3, ...
3         YLong1, YLong2, YLong3, ...
4         plot_y_short_in, plot_y_long_in, ... 
5         valid_in, x, y)
6     %
7     
8     %   Copyright 2013-2015 The MathWorks, Inc.
9     
10    % This design implements a high dynamic range imaging algorithm.
11    
12    plot_y_short = plot_y_short_in;
13    plot_y_long = plot_y_long_in;
14    
15    %% Apply Lum(Y) channels LUTs
16    y_short = plot_y_short(uint8(YShort1)+1);
17    y_long = plot_y_long(uint8(YLong1)+1);
18    
19    y_HDR = (y_short+y_long);
20    
21    %% Create HDR Chorm channels
22    % HDR per color
23    
24    HDR1 = y_HDR * 2^-8;
25    HDR2 = (YShort2+YLong2) * 2^-1;
26    HDR3 = (YShort3+YLong3) * 2^-1;
27    
28    %% Pass on valid signal and pixel location
29    
30    valid_out = valid_in;
31    x_out = x;
32    y_out = y;
33    
34    end

dbtype(testbench_name);

1     
2     %
3     
4     %   Copyright 2013-2015 The MathWorks, Inc.
5     
6     % Clean screen and memory 
7     close all
8     clear mlhdlc_hdr
9     set(0,'DefaultFigureWindowStyle','docked')
10    
11    
12    %% Read the two exposed images
13    
14    short = imread('mlhdlc_hdr_short.tif');
15    long = imread('mlhdlc_hdr_long.tif');
16    
17    % define HDR output variable
18    HDR = zeros(size(short));
19    [height, width, color] = size(HDR);
20    
21    set(0,'DefaultFigureWindowStyle' , 'normal')
22    figure('Name', [mfilename, '_plot']);
23    subplot(1,3,1);
24    imshow(short, 'InitialMagnification','fit'), title('short');
25    
26    subplot(1,3,2);
27    imshow(long, 'InitialMagnification','fit'), title('long');
28    
29    
30    %% Create the Lum(Y) channels LUTs
31    % Pre-process
32    % Luminance short LUT
33    ShortLut.x = [0    16    45    96   255];
34    ShortLut.y = [0    20    38    58   115];
35    
36    % Luminance long LUT
37    LongLut.x = [ 0 255];
38    LongLut.y = [ 0  140];
39    
40    % Take the same points to plot the joined Lum LUT
41    plot_x = 0:1:255;
42    plot_y_short = interp1(ShortLut.x,ShortLut.y,plot_x); %LUT short
43    plot_y_long = interp1(LongLut.x,LongLut.y,plot_x); %LUT long
44    
45    %subplot(4,1,3);
46    %plot(plot_x, plot_y_short, plot_x, plot_y_long, plot_x, (plot_y_long+plot_y_short)), grid on;
47    
48    
49    %% Create the HDR Lum channel 
50    % The HDR algorithm
51    % read the Y channels 
52    
53    YIQ_short = rgb2ntsc(short);
54    YIQ_long = rgb2ntsc(long);
55    
56    %% Stream image through HDR algorithm
57    
58    for x=1:width
59        for y=1:height
60            YShort1 = round(YIQ_short(y,x,1)*255); %input short
61            YLong1 = round(YIQ_long(y,x,1)*255); %input long
62    
63            YShort2 = YIQ_short(y,x,2); %input short
64            YLong2 = YIQ_long(y,x,2); %input long
65    
66            YShort3 = YIQ_short(y,x,3); %input short
67            YLong3 = YIQ_long(y,x,3); %input long
68    
69            valid_in = 1;
70            
71            [valid_out, x_out, y_out, HDR1, HDR2, HDR3] = mlhdlc_hdr(YShort1, YShort2, YShort3, YLong1, YLong2, YLong3, plot_y_short, plot_y_long, valid_in, x, y);
72    
73            % use x and y to reconstruct image
74            if valid_out == 1
75                HDR(y_out,x_out,1) = HDR1;
76                HDR(y_out,x_out,2) = HDR2;
77                HDR(y_out,x_out,3) = HDR3;
78            end   
79        end
80    end
81    
82    %% plot HDR
83    HDR_rgb = ntsc2rgb(HDR);
84    subplot(1,3,3);
85    imshow(HDR_rgb, 'InitialMagnification','fit'), title('hdr ');

設計のシミュレーション

コードの生成前にテストベンチを使用して設計のシミュレーションを実行し、実行時エラーが発生しないことを常に確認することをお勧めします。

mlhdlc_hdr_tb

HDL Coder™ プロジェクトの新規作成

coder -hdlcoder -new mlhdlc_hdr_prj

次に、'mlhdlc_hdr.m' ファイルを [MATLAB 関数] としてプロジェクトに追加し、'mlhdlc_hdr_tb.m' を [MATLAB テストベンチ] として追加します。

MATLAB HDL Coder プロジェクトの作成と入力に関する詳細なチュートリアルについては、MATLAB から HDL へのワークフロー入門を参照してください。

定数のパラメーター入力の作成

この例では、定数のパラメーター入力の受け渡しを使用する方法を示します。

この設計の入力パラメーターである 'plot_y_short_in' と 'plot_y_long_in' は定数の入力パラメーターです。入力の型を変更して 'constant(double(1x256))' として定義できます。

'plot_y_short_in' と 'plot_y_short_in' は LUT 入力です。設計には double の入力として定数畳み込みされます。これらの 2 つの入力パラメーターについての端子の宣言は生成される HDL コードには含まれません。

設計 'mlhdlc_hdr.m' の内部では、これらの変数が固定小数点に適切に変換されるように再度代入されることに注意してください。これは、たとえば変数のサイズを定義する場合など、ロジック以外の部分で純粋に定数として使用する場合は必要ありません。

固定小数点変換と HDL コード生成の実行

HDL アドバイザーを起動し、[コード生成] のステップを右クリックして [選択したタスクまで実行] オプションを選択し、最初から HDL コード生成までのすべてのステップを実行します。

固定小数点への設計の変換と HDL コードの生成

設計を固定小数点に変換し、HDL コードとテストベンチを生成するスクリプトを次に示します。

  exArgs = {0,0,0,0,0,0,coder.Constant(ones(1,256)),coder.Constant(ones(1,256)),0,0,0};
  fc = coder.config('fixpt');
  fc.TestBenchName = 'mlhdlc_hdr_tb';
  hc = coder.config('hdl');
  hc.GenerateHDLTestBench = true;
  hc.SimulationIterationLimit = 1000; % Limit number of testbench points
  codegen -float2fixed fc -config hc -args exArgs mlhdlc_hdr

コード生成ログのウィンドウにあるハイパーリンクをクリックして、生成された HDL コードを確認します。

ハイ ダイナミック レンジ イメージング