上个世纪七十年代,CCD图像传感器凭借其低成本和低噪声成为主流的图像传感器,随着半导体工艺和技术的提高,CMOS图像传感器因其高集成度、低功耗和高灵敏度等优势开始逐渐取代CCD成为市场主流。动态范围是CMOS图像传感器最重要的技术指标之一,传统CMOS图像传感器由于动态范围小于实际环境,存在曝光过度和曝光不足的问题,所以许多学者一直在研究具有高动态范围的CMOS图像传感器。目前研究出的高动态图像传感器输出信号噪声高,显示器设备也不能满足高动态图像的显示。基于这些问题,目前高动态图像处理主要有两种,一种是基于软件,由于高动态图像的高分辨率和高动态范围,需要耗费大量资源且计算速度慢;一种是基于硬件,主要是FPGA,FPGA的开发周期短,但灵活性差,对于高动态图像的高数据量存储和复杂运算实现较为困难。为了解决上述问题,基于PYNQ-Z2设计了一套高动态图像处理系统,PYNQ-Z2是一款SOC开发板,在可编程逻辑(PL)端进行图像处理,在处理系统(PS)端主要实现VDMA等IP的驱动,驱动图像输出到显示器进行显示。高动态范围图像传感器输出信号中的噪声主要是列级固定模式噪声、高斯噪声和椒盐噪声,本文提出了相应算法并进行了消除,然后将滤波后图像进行自动对焦,得到清晰图像,再将得到图像进行边缘处理得到图像边框,在输出图像时,采用了全局色调映射中的伽马校正对高动态图像进行压缩,实现图像在普通显示器的正常显示,图像通过HDMI接口输出。本文首先将确定的算法基于Matlab平台进行验证,经验证结果正确,后进行算法实现,即对算法进行Verilog代码编写,并利用Vivado仿真平台对每个模块进行仿真验证。其次,将得到的算法模块基于Vivado平台进行封装,便于硬件系统搭建。然后,根据硬件设计流程进行综合,通过约束文件对接口进行引脚分配,并在SDK平台进行软件代码编写,实现AXI Video Direct Momory Access(VDMA)等IP的驱动。最后将生成的文件下载入PYNQ-Z2开发板进行板上测试。经验证输出图像在普通显示器可正常显示且噪声基本被消除。