Gamma校正原理及实现（一）
hisi3559提供的hipq工具，可以看到调试伽马参数曲线的变化，当系数小于1时，对暗区提升比较明显，对亮区提升并不多，这是我们需要的结果，如下三张图，不同系统，曲线弯曲度不一样，对图像的提升效果也不一样，根据实际需求，调整参数，
一：
二；
三：
gamma校正原理：
假设图像中有一个像素，值是 200 ，那么对这个像素进行校正必须执行如下步骤：
1. 归一化 ：将像素值转换为 0 ～ 1 之间的实数。 算法如下 : ( i + 0. 5)/256 这里包含 1 个除法和 1 个加法操作。对于像素 A 而言 , 其对应的归一化值为 0. 783203 。
2. 预补偿 ：根据公式 , 求出像素归一化后的 数据以 1 /gamma 为指数的对应值。这一步包含一个 求指数运算。若 gamma 值为 2. 2 , 则 1 /gamma 为 0. 454545 , 对归一化后的 A 值进行预补偿的结果就 是 0. 783203 ^0. 454545 = 0. 894872 。
3. 反归一化 ：将经过预补偿的实数值反变换为 0 ～ 255 之间的整数值。具体算法为 : f*256 - 0. 5 此步骤包含一个乘法和一个减法运算。续前 例 , 将 A 的预补偿结果 0. 894872 代入上式 , 得到 A 预补偿后对应的像素值为 228 , 这个 228 就是最后送 入显示器的数据。
如上所述如果直接按公式编程的话，假设图像的分辨率为 800*600 ，对它进行 gamma 校正，需要执行 48 万个浮点数乘法、除法和指数运算。效率太低，根本达不到实时的效果。
针对上述情况，提出了一种快速算法，如果能够确知图像的像素取值范围 , 例如 , 0 ～ 255 之间的整数 , 则图像中任何一个像素值只能 是 0 到 255 这 256 个整数中的某一个 ; 在 gamma 值 已知的情况下 ,0 ～ 255 之间的任一整数 , 经过“归一 化、预补偿、反归一化”操作后 , 所对应的结果是唯一的 , 并且也落在 0 ～ 255 这个范围内。
如前例 , 已知 gamma 值为 2. 2 , 像素 A 的原始值是 200 , 就可求得 经 gamma 校正后 A 对应的预补偿值为 228 。基于上述原理 , 我们只需为 0 ～ 255 之间的每个整数执行一次预补偿操作 , 将其对应的预补偿值存入一个预先建立的 gamma 校正查找表 (LUT:Look Up Table) , 就可以使用该表对任何像素值在 0 ～ 255 之 间的图像进行 gamma 校正。
校正代码：如下
unsigned char LUT[256];
for (int i = 0; i < 256; i++)
{
float f = (i + 0.5f) / 255;
f = (float)(pow(f, kFactor));
LUT[i] = saturate_cast<uchar>(f*255.0f - 0.5f);
}
我在hisi实现的代码
typedef struct hiVIDEO_FRAME_S {
HI_U32 u32Width;
HI_U32 u32Height;
VIDEO_FIELD_E enField;
PIXEL_FORMAT_E enPixelFormat;
VIDEO_FORMAT_E enVideoFormat;
COMPRESS_MODE_E enCompressMode;
DYNAMIC_RANGE_E enDynamicRange;
COLOR_GAMUT_E enColorGamut;
HI_U32 u32HeaderStride[3];
HI_U32 u32Stride[3];
HI_U32 u32ExtStride[3];
HI_U64 u64HeaderPhyAddr[3];
HI_U64 u64HeaderVirAddr[3];
HI_U64 u64PhyAddr[3];
HI_U64 u64VirAddr[3];
HI_U64 u64ExtPhyAddr[3];
HI_U64 u64ExtVirAddr[3];
HI_S16 s16OffsetTop; /* top offset of show area */
HI_S16 s16OffsetBottom; /* bottom offset of show area */
HI_S16 s16OffsetLeft; /* left offset of show area */
HI_S16 s16OffsetRight; /* right offset of show area */
HI_U32 u32MaxLuminance;
HI_U32 u32MinLuminance;
HI_U32 u32TimeRef;
HI_U64 u64PTS;
HI_U64 u64PrivateData;
HI_U32 u32FrameFlag; /* FRAME_FLAG_E, can be OR operation. */
VIDEO_SUPPLEMENT_S stSupplement;
} VIDEO_FRAME_S;
typedef struct hiVIDEO_FRAME_INFO_S {
VIDEO_FRAME_S stVFrame;
HI_U32 u32PoolId;
MOD_ID_E enModId;
} VIDEO_FRAME_INFO_S;
VIDEO_FRAME_INFO_S stFrameSrc[CH_COUNT_RECTIFY] = {{0}, {0}};
HI_MPI_VPSS_GetChnFrame(vpssGrp[i], vpssChn[i], &stFrameSrc[i], s32MilliSec);//采集原始图像
IVE_EQUALIZE_HIST_CTRL_S stCtrl = {0};
stCtrl.stMem.u32Size= sizeof(IVE_EQUALIZE_HIST_CTRL_MEM_S);
HI_S32 BstMemInfo32Ret = COMMON_AllocMem((HI_RUNTIME_MEM_S *)&stCtrl.stMem, HI_FALSE);
SX_S8 *RpValue = (SX_S8 *)(stCtrl.stMem.u64VirAddr);
int m = 0, n = 0;
for( m = 50, n = 0; m < 100 ,n < 256 ; m++,n++ )
{
RpValue[n] = m;
}
//GetBlock
VB_POOL hPool = (i == 0) ? is->hPoolLight[0] : is->hPoolIR[0];
VB_CAL_CONFIG_S stCalConfig = (i == 0) ? is->stCalConfigLight[0] : is->stCalConfigIR[0];
SX_U32 u32BlkSize = stCalConfig.u32VBSize;
DUMP_MEMBUF_S stMem = {0};
memset(&stMem, 0, sizeof(stMem));
stMem.hPool = hPool;
do{
stMem.hBlock = HI_MPI_VB_GetBlock(stMem.hPool, u32BlkSize, HI_NULL);
}while( stMem.hBlock == VB_INVALID_HANDLE );
cnt1 = 0;
stMem.stCalConfig = stCalConfig;
stMem.u64PhyAddr = HI_MPI_VB_Handle2PhysAddr(stMem.hBlock);
stMem.pVirAddr = (HI_U8*) HI_MPI_SYS_Mmap( stMem.u64PhyAddr, u32BlkSize );
if (stMem.pVirAddr == HI_NULL)
{
if (HI_NULL != stMem.pVirAddr)
{
SX_S32 s32Ret = HI_MPI_SYS_Munmap((HI_VOID*)stMem.pVirAddr, u32BlkSize);
if(HI_SUCCESS != s32Ret)
{
printf("@@@@@@@@ 1 stMem.pVirAddr unmap fail @@@@@@@@@@\r\n");
}
stMem.pVirAddr = HI_NULL;
stMem.u64PhyAddr = 0;
}
if (VB_INVALID_POOLID != stMem.hPool)
{
SX_S32 s32Ret = HI_MPI_VB_ReleaseBlock(stMem.hBlock);
if(HI_SUCCESS != s32Ret)
{
printf("@@@@@@@@ 1 Release Block fai @@@@@@@@@@\r\n");
}
stMem.hPool = VB_INVALID_POOLID;
}
}
// 2.2 dstFrame
dstFrame[i].stMem = stMem;
dstFrame[i].stFrame.u32PoolId = stMem.hPool;
dstFrame[i].stFrame.enModId = HI_ID_IVE; //HI_ID_VPSS; //HI_ID_IVE;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame = stFrameSrc[i].stVFrame; //copy some info
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[0] = stMem.u64PhyAddr;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[0] = (HI_U64)(HI_UL)stMem.pVirAddr;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Width = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Width;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Height = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Height;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Stride[0] = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Stride[0];
SX_U32 u32MainYSize = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Stride[0] * dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Height;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[1] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[0] + u32MainYSize; //stCalConfig.u32MainYSize;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[1] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[0] + u32MainYSize; //stCalConfig.u32MainYSize;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.enCompressMode = COMPRESS_MODE_NONE;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.enVideoFormat = VIDEO_FORMAT_LINEAR;
dstFrame[i].stFrame.stVFrame.enPixelFormat = PIXEL_FORMAT_YVU_SEMIPLANAR_420;
IVE_IMAGE_S yuv_srcImg;
yuv_srcImg.au64PhyAddr[0] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64PhyAddr[0];
yuv_srcImg.au64PhyAddr[1] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64PhyAddr[1];
yuv_srcImg.au64PhyAddr[2] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64PhyAddr[2];
yuv_srcImg.au64VirAddr[0] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64VirAddr[0];
yuv_srcImg.au64VirAddr[1] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64VirAddr[1];
yuv_srcImg.au64VirAddr[2] = stFrameSrc[i].stVFrame.u64VirAddr[2];
yuv_srcImg.au32Stride[0] = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Stride[0];
yuv_srcImg.au32Stride[1] = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Stride[1];
yuv_srcImg.au32Stride[2] = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Stride[2];
yuv_srcImg.u32Width = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Width;
yuv_srcImg.u32Height = stFrameSrc[i].stVFrame.u32Height;
yuv_srcImg.enType = IVE_IMAGE_TYPE_U8C1; //IVE_IMAGE_TYPE_YUV420SP //IVE_IMAGE_TYPE_U8C3_PLANAR
IVE_IMAGE_S r_dstImg;
r_dstImg.au64PhyAddr[0] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[0];
r_dstImg.au64PhyAddr[1] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[1];
r_dstImg.au64PhyAddr[2] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64PhyAddr[2];
r_dstImg.au64VirAddr[0] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[0];
r_dstImg.au64VirAddr[1] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[1];
r_dstImg.au64VirAddr[2] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u64VirAddr[2];
r_dstImg.au32Stride[0] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Stride[0];
r_dstImg.au32Stride[1] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Stride[1];
r_dstImg.au32Stride[2] = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Stride[2];
r_dstImg.u32Width = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Width;
r_dstImg.u32Height = dstFrame[i].stFrame.stVFrame.u32Height;
r_dstImg.enType= IVE_IMAGE_TYPE_U8C1; //IVE_IMAGE_TYPE_YUV420SP //IVE_IMAGE_TYPE_U8C3_PLANAR
IVE_HANDLE map_hIveHandleR;
IVE_HANDLE map_hIveHandleG;
IVE_MAP_CTRL_S map_ctrl;
map_ctrl.enMode = IVE_MAP_MODE_U8;
HI_BOOL bFinish = HI_FALSE;
HI_RUNTIME_MEM_S RstMemInfo;
RstMemInfo.u32Size = sizeof(hiIVE_MAP_U8BIT_LUT_MEM_S);
HI_S32 RstMemInfo32Ret = COMMON_AllocMem(&RstMemInfo, HI_FALSE);
SX_S8 *RpValue = (SX_S8 *)(RstMemInfo.u64VirAddr);
for( int i = 0; i < IVE_MAP_NUM; i++ )
{
float f = (i + 0.5f) / 255;
f = (float)(pow(f, 0.75)); // 0.75是设置的伽马系数，调整参数，对比度将会随之变化
RpValue[i] = (SX_S8)(f*255.0f - 0.5f); //计算伽马数值，建立查找表
}
SX_S32 Maps32RetR = HI_MPI_IVE_Map(&map_hIveHandleR,&yuv_srcImg,(IVE_SRC_MEM_INFO_S *)&RstMemInfo, &r_dstImg,&map_ctrl,HI_TRUE);// 对原始图像进行查表，得到校正后的数值，
if( HI_SUCCESS != Maps32RetR )
{
TRACE(DL_ERROR, "Error(%#x), MPP Query failed!\r\n", Maps32RetR);
}
else
{
//printf("+++++++ map success ++++++++++\r\n");
}
bFinish = HI_FALSE;
Maps32RetR = HI_MPI_IVE_Query(map_hIveHandleR, &bFinish, HI_TRUE);
while (Maps32RetR == HI_ERR_IVE_QUERY_TIMEOUT) {
usleep(100);
Maps32RetR = HI_MPI_IVE_Query(map_hIveHandleR, &bFinish, HI_TRUE);
}
if( HI_SUCCESS != Maps32RetR )
{
TRACE(DL_ERROR, "Error(%#x), MPP Query failed!\r\n", Maps32RetR);
}
HI_MPI_VO_SendFrame(1, 0, &(dstFrame[0].stFrame), 2); //输出显示
效果图
