基于FPGA的图像RGB转HLS实现,包含testbench和MATLAB辅助验证程序

简介: 基于FPGA的图像RGB转HLS实现,包含testbench和MATLAB辅助验证程序

1.算法运行效果图预览

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将FPGA结果导入到MATLAB显示效果:

46aa2a0fc2c06571fa6d2eb2e8d55ff5_82780907_202401252324440894905414_Expires=1706196884&Signature=FjbT1Xd18flfFniH3o6BDsPmX%2FE%3D&domain=8.jpeg

2.算法运行软件版本
Vivado2019.2

matlab2022a

3.算法理论概述
在数字图像处理中,RGB和HLS是两种常见的颜色空间。RGB基于红绿蓝三种基本颜色的叠加来定义其他颜色,而HLS则代表色调、亮度和饱和度,它更接近人类视觉对颜色的感知。将RGB图像转换为HLS图像的目的通常是为了更方便地进行某些类型的图像处理,比如色彩平衡和色彩分离。RGB颜色空间基于笛卡尔坐标系,其中R、G、B分别代表红、绿、蓝三种颜色的强度。HLS颜色空间则是基于圆柱坐标系,其中H代表色调(0-360度),L代表亮度(0-1),S代表饱和度(0-1)。

    转换的第一步是将RGB值归一化到[0,1]范围。然后,通过计算RGB颜色空间的最大值和最小值来得到亮度L。色调H由RGB中的最大值和最小值决定,并使用反正切函数来得到0-360度的角度。最后,饱和度S基于最大值和亮度L来计算。

具体的转换公式如下:

将RGB值归一化到[0,1]:
R' = R/255
G' = G/255
B' = B/255

3.1计算最大值和最小值

Max = max(R', G', B')
Min = min(R', G', B')
Diff = Max - Min

3.2计算亮度L

L = (Max + Min) / 2

3.3计算饱和度S
if L < 0.5:
S = Diff / (Max + Min)
else:
S = Diff / (2 - Max - Min)

3.4计算色调H

if Diff == 0:
H = 0
else:
if Max == R':
H = (60 ((G' - B') / Diff) + 360) % 360
elif Max == G':
H = (60
((B' - R') / Diff) + 120) % 360
elif Max == B':
H = (60 * ((R' - G') / Diff) + 240) % 360

   这些公式可以将每一个像素从RGB颜色空间转换到HLS颜色空间。值得注意的是,这种转换通常是可逆的,也就是说,你也可以从HLS颜色空间转换回RGB颜色空间。在实现RGB到HLS的转换时,通常会先读取一幅RGB图像,然后将上述公式应用于图像中的每一个像素。

4.部分核心程序
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2023/08/01
// Design Name:
// Module Name: RGB2gray
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//

module test_image;

reg i_clk;
reg i_rst;
reg [7:0] Rbuff [0:100000];
reg [7:0] Gbuff [0:100000];
reg [7:0] Bbuff [0:100000];
reg [7:0] i_Ir,i_Ig,i_Ib;
wire [7:0] o_H;
wire [7:0] o_L,o_S;
integer fids1,dat1,fids2,dat2,fids3,dat3,jj=0;

//D:\FPGA_Proj\FPGAtest\codepz
initial
begin
fids1 = $fopen("D:\FPGA_Proj\FPGAtest\codepz\R.bmp","rb");
dat1 = $fread(Rbuff,fids1);
$fclose(fids1);
end

initial
begin
fids2 = $fopen("D:\FPGA_Proj\FPGAtest\codepz\G.bmp","rb");
dat2 = $fread(Gbuff,fids2);
$fclose(fids2);
end

initial
begin
fids3 = $fopen("D:\FPGA_Proj\FPGAtest\codepz\B.bmp","rb");
dat3 = $fread(Bbuff,fids3);
$fclose(fids3);
end

initial
begin
i_clk=1;
i_rst=1;

1200;

i_rst=0;
end

always #5 i_clk=~i_clk;

always@(posedge i_clk)
begin
i_Ir<=Rbuff[jj];
i_Ig<=Gbuff[jj];
i_Ib<=Bbuff[jj];
jj<=jj+1;
end

main_RGB2HLS main_RGB2HLS_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_image_R (i_Ir),
.i_image_G (i_Ig),
.i_image_B (i_Ib),
.o_H (o_H),// Y
.o_L (o_L),// Y
.o_S (o_S)
);

integer fout1;
initial begin
fout1 = $fopen("H.txt","w");
end

always @ (posedge i_clk)
begin
if(jj<=66616)
$fwrite(fout1,"%d\n",o_H);
else
$fwrite(fout1,"%d\n",0);
end

integer fout2;
initial begin
fout2 = $fopen("L.txt","w");
end

always @ (posedge i_clk)
begin
if(jj<=66616)
$fwrite(fout2,"%d\n",o_L);
else
$fwrite(fout2,"%d\n",0);
end

integer fout3;
initial begin
fout3 = $fopen("S.txt","w");
end

always @ (posedge i_clk)
begin
if(jj<=66616)
$fwrite(fout3,"%d\n",o_S);
else
$fwrite(fout3,"%d\n",0);
end
endmodule

```

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