为了尽可能地还原真实场景,人们利用各种高动态范围成像技术获取高动态范围（HDR）图像来记录场景信息。然而由于大多数显示设备动态范围有限,HDR图像只有经过色调映射后才可以在这类设备上以符合人眼视觉特性的形式显示。目前,很多基于软件环境的色调映射算法能够对单帧图像实现较好的处理效果,但往往算法复杂度较高,难以满足实时性处理要求。因此,基于硬件电路能够实现高速并行运算的特点,对色调映射算法进行硬件加速成为一种趋势。基于上述背景,本文提出一种改进的局部色调映射算法,并完成了该算法的硬件设计与实现。此外,本文还搭建了基于ZYNQ（Zynq Ultra Scale+MPSo C）的实时显示系统,并利用该系统对局部色调映射算法的硬件电路进行了板级验证。本文的主要研究内容如下:（1）局部色调映射软件算法研究。本文在研究对比多种滤波器和色调映射算法后,提出一种适合集成电路硬件实现的基于引导滤波的局部色调映射算法。该算法利用引导滤波器将图像分为基础层和细节层,对基础层使用限制对比度自适应直方图均衡化（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE）算法进行局部色调映射,然后将保留的细节层与映射后的基础层结合得到输出图像。Matlab环境下的仿真结果显示,该算法能够呈现真实自然的映射效果,处理后的图像细节信息丰富、局部对比度较高;此外,算法的PSNR能够达到41.481,SSIM可以达到0.964,数据精度损失很小,且图像结构保持较好。（2）局部色调映射算法硬件设计与实现。本文基于硬件电路相关特点对（1）中的局部色调映射算法进行了优化和Verilog硬件实现。根据算法实现流程,整个硬件设计方案被分为预处理部分、引导滤波部分和CLAHE算法部分,其中CLAHE部分最为复杂。本设计使用流水线设计方法实现引导滤波局部线性系数计算和直方图处理流程;使用行缓存代替帧缓存,相比于基于帧缓存的CLAHE算法节约了80%的存储单元;对双线性插值过程进行优化,减少了乘法器数量。此外,本设计支持1920*1200分辨率和75fps帧率,与同类设计相比有明显优势。结果证明,本设计运行速度快,资源消耗少,且映射效果良好。（3）基于ZYNQ的实时显示系统研究。由于某些应用场景对图像显示和验证系统的操作灵活性及交互友好性等有较高的要求,传统的基于FPGA的这类系统比较受限,本文创新性地使用ZYNQ作为硬件平台搭建了实时显示系统,并利用该系统对（2）中的色调映射算法进行了板级验证。本文不仅完成了PL（Programmable Logic）端硬件电路的搭建,还完成了PS（Processing System）端软件驱动的设计。此外,本文基于AXI＿master协议设计了一个DMA模块,直接用FPGA代码实现对PS DDR的读写,相比传统的DMA和VDMA IP使用更加便捷。该实时显示系统出图稳定,操作灵活,已实际应用于传感器芯片设计企业的ISP测试流程。