FPGA数字图像处理基础：色彩空间转换(Verilog)

FPGA数字图像处理基础：色彩空间转换
(Verilog)
01图像色彩空间概述
色彩本质上是不同频率的光，人眼对于不同频率光线的不同感受产生主观感知，从而得以区分不同的颜色。

尽管从客观上而言，色彩仅仅是不同频率的光，但从视觉角度而言，不同颜色的认知难度很大，因此引入色彩空间(Color Space)以便图像色彩的深入研究。

常见的色彩空间主要有：RGB、YUV(YCbCr)、Lab、HSV和CMY(CMYK)等。

1.1 RGB空间
RGB空间是基于人眼识别的颜色所定义的色彩空间，以红(R，Red)、绿(G，Green)、蓝(B，Blue)三种基本色为基础进行不同程度的叠加而成。

红、绿、蓝作为三原色按亮度分别划分为256个等级，从而可以表示一千六百多万种不同的颜色，且每种颜色是唯一的。

RGB色彩空间的丰富性使其成为数字图像处理与显示的重要格式。

通常可将RGB色彩空间模型建立在笛卡尔坐标系中，采用空间坐标的形式表示出超过人眼分辨程度数量的颜色信息。

3.2 RGB生成灰度图像Verilog代码
本节分析基于FPGA实现RGB生成灰度图算法，在Vivado和
Matlab联合仿真的基础上，对Verilog转换实现结果在Matlab中展示，验证代码的可行性。

3.2.1 预处理操作
类似于RGB转为YCbCr，由RGB生成灰度图中同样存在小数乘法与加法运算，FPGA不擅长小数处理，因此采用扩大2^n倍后向右移n位进行实现，具体实现方法如下：
RGB生成灰度图算法：
Gray = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B
将方程扩大256倍后右移8位，算法依然等价：
Gray= 256*(0.299*R + 0.587*G + 0.114*B)>>8
算法推导得：
Gray= (77*R + 150*G + 29*B)>>8
算法转化为FPGA擅长的乘法与移位运算。

3.2.2 Verilog代码
基于Matlab与Verilog联合仿真工程，添加格式转换模块cx_RGB_gray构建顶层top模块，对top进行仿真。