如何使用FPGA實(shí)現(xiàn)偽彩色圖像？

偽彩色圖像

一、原理介紹：

偽彩色（Pseudo-color）圖像的每個像素的顏色不是由每個基本色分量的數(shù)值直接決定，實(shí)際上是把像素當(dāng)成調(diào)色板（Palettes）或顏色查找表（Color Look-Up Table，CLUT）的表項(xiàng)入口地址，根據(jù)該地址可查找出包含實(shí)際R、G、B的強(qiáng)度值，如果圖像中的顏色在調(diào)色板或彩色查找表中不存在，則調(diào)色板會用一個最為接近的顏色來匹配。通過查找出的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的色彩不是圖像本身真正的顏色，因此稱為偽彩色。

偽彩色處理：

將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像是一個不可逆的過程，灰度圖像也不可能變換為原來的彩色圖像。而某些場合需要將灰度圖像轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬珗D像；偽彩色處理主要是把黑白的灰度圖像或者多波段圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像的技術(shù)過程。其目的是提高圖像內(nèi)容的可辨識度。其中方法有，灰度分成法，灰度變換法。

真彩色

(true color)真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。例如用RGB 8∶8∶8表示的彩色圖像，R，G，B各用8位，用R，G，B分量大小的值直接確定三個基色的強(qiáng)度，這樣得到的彩色是真實(shí)的原圖彩色。

在許多場合，真彩色圖通常是指RGB 88，即圖像的顏色數(shù)等于2^24，也常稱為全彩色(full color)圖像。但在顯示器上顯示的顏色就不一定是真彩色，要得到真彩色圖像需要有真彩色顯示適配器，在PC上用的VGA適配器是很難得到真彩色圖像的。

直接色

(direct color)每個像素值分成R，G，B分量，每個分量作為單獨(dú)的索引值對它做變換。也就是通過相應(yīng)的彩色變換表找出基色強(qiáng)度，用變換后得到的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。它的特點(diǎn)是對每個基色進(jìn)行變換。

用這種系統(tǒng)產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用R，G，B分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是后者的基色強(qiáng)度直接用R，G，B決定，而前者的基色強(qiáng)度由R，G，B經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來真實(shí)、很自然。

這種系統(tǒng)與偽彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用查找表，不同之處是前者對R，G，B分量分別進(jìn)行變換，后者是把整個像素當(dāng)作查找表的索引值進(jìn)行彩色變換。

二、Matlab與Modelsim仿真

2.1圖像產(chǎn)生

如下圖3所示，使用matlb將分辨率為640*480的len.bmp圖像的R、G、B各個分量的二維圖像數(shù)據(jù)，如圖4所示，轉(zhuǎn)換成一維數(shù)據(jù)存到img_r_data.txt、img_g_data.txt、img_b_data.txt文本里供Modelsim讀取。

圖3matlabgen代碼

2.2圖像處理

2.2.1 rgbtoyuv 灰度化算法公式

采用rgbtoyuv格式的顏色空間的轉(zhuǎn)換圖像算法為例，轉(zhuǎn)換公式如下 ，

2.2.2 graytorgb偽彩算法公式

如下圖所示是matalb 代碼 ，三個顏色通道對應(yīng)3個公式：

2.2.3 FPGA實(shí)現(xiàn)

在FPGA實(shí)現(xiàn)過程中，沒有直接使用上述matlab代碼的”if-else”進(jìn)行圖像的點(diǎn)操作,這里我使用查找表的方式實(shí)現(xiàn)，把三個顏色通道R、G、B 看成是灰度（0~255）的函數(shù)，通過matlab得到各個顏色的映射值的mif文件，然后導(dǎo)入fpga的rom 中，當(dāng)像素進(jìn)來時直接作為的rom的讀地址，rom的輸出就是處理得到的偽彩色圖像。生成mif文件的matlab代碼，其中t可以理解為灰度值，R、G、B為各顏色通道值。

FPGA實(shí)現(xiàn)時分別把對應(yīng)的線性映射數(shù)值存到rom中:

2.3圖像顯示

在編寫完RTL代碼后加入視頻流仿真平臺，處理的后的結(jié)果如圖6所示，其中圖像的復(fù)現(xiàn)的matlab代碼如圖5所示：

圖5matlabshow代碼

原文標(biāo)題：FPGA實(shí)現(xiàn)偽彩色圖像

文章出處：【微信公眾號：FPGA之家】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯:haq