[發(fā)明專利]一種基于FPGA的色域空間轉(zhuǎn)換方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610032029.7
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105704464A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐曉光;馬平華;徐禹翔;夏雯娟;王志;陸濤;胡楠;王雷
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工程大學(xué)
• 主分類號: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04;H04N9/64
• 代理公司: 合肥順超知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 俞強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，具體涉及一種基于FPGA的色域空間轉(zhuǎn)換方 法。

背景技術(shù)

隨著多媒體和通信技術(shù)的發(fā)展，視頻圖像處理的實(shí)時性成為人們關(guān)注 的熱點(diǎn)。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)運(yùn)算的并行性等特點(diǎn)，能夠提高運(yùn)算速 度滿足視頻處理的實(shí)時性要求。

從攝像儀和掃描儀所獲得的顏色，以及計算機(jī)顯示所用的顏色都是 RGB色域空間。RGB色域空間是基于三基色原理，自然界中的任何一種 顏色都可用這三種基本顏色按不同的比例混合得到，它們構(gòu)成一個三維的 RGB矢量空間，如圖1所示。但是RGB色域空間中，顏色的屬性沒有獨(dú) 立，在進(jìn)行圖像處理時，會造成各個屬性間的相互干擾，給圖像處理帶來 了很大的麻煩。例如在進(jìn)行圖像處理時，如果不均勻改變RGB，會改變亮 度和飽和度，由此帶來的RGB比例改變甚至?xí)淖兩{(diào)。

HSV色域空間在圖像處理方面具有較突出的優(yōu)勢，它將顏色的色度(H 分量)，飽和度(S分量)和明度(V分量)屬性分離，所以在許多像Photoshop、 Illustrator這樣的圖像編輯軟件中應(yīng)用比較廣泛。如圖2所示，HSV色域空 間是根據(jù)色彩的幾個基本屬性：色度、飽和度和明度來確定顏色的一種方 法。色度(Hue)是色彩的基本屬性，就是平常所說的顏色名稱，如紅色、 黃色等，依照圖2所示，處于平行于六棱錐頂面的色平面上，由繞V軸的 旋轉(zhuǎn)角給定，以紅色的0o開始按逆時針方向依次計算，綠色為120o，藍(lán) 色為240o，它們的補(bǔ)色黃色為60o，青色為180o，品紅為300o，取值范圍 從0o到360o(360o構(gòu)成一個完整的圓)。飽和度(Saturation)是指色彩 的純度，越高色彩越純，越低則逐漸變灰，如圖2所示，沿S箭頭方向數(shù) 值范圍取0～1。明度(Value)也叫亮度，如圖2所示，沿V箭頭方向數(shù) 值范圍取0～1。它是六棱錐的中心軸，頂端V＝1成白色，底端V＝0成黑 色，整個中心軸表示無彩色系的灰度顏色。

RGB與HSV色域空間的相互轉(zhuǎn)化，一般只能使用C等高級語言在PC 軟件平臺實(shí)現(xiàn)，而運(yùn)用FPGA硬件平臺實(shí)現(xiàn)起來，無論從速度，實(shí)時性， 時鐘同步，應(yīng)用范圍，可產(chǎn)品化程度等方面都大大超過軟件，因此顯得十 分重要。由于現(xiàn)有的RGB和HSV色域空間轉(zhuǎn)換公式(R,G,B信號都是歸 一化處理)涉及到許多浮點(diǎn)乘除法運(yùn)算和分類情況，針對于FPGA自身的 特點(diǎn)，如果直接運(yùn)行，現(xiàn)實(shí)起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于FPGA的色域空間轉(zhuǎn)換方法，解決現(xiàn)有RGB與 HSV色域空間在FPGA硬件平臺相互轉(zhuǎn)化因?yàn)楦↑c(diǎn)乘除法運(yùn)算和分類情況 導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)的問題，具體技術(shù)方案如下：

一種基于FPGA的色域空間轉(zhuǎn)換方法，包括如下步驟：

S1：通過AD采集模塊，將攝像頭采集到的視頻圖像轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字 信號；

S2：通過量化補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?6位數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)镽信號，G信號和 B信號；

S3：將上述R信號、G信號和B信號輸入轉(zhuǎn)換模塊，并配合浮點(diǎn)乘除 法運(yùn)算器的調(diào)用輸出H分量、S分量和V分量。

具體的，所述R信號，G信號，B信號,H分量,S分量,V分量均為8位 數(shù)字信號。

具體的，所述S3步驟中的轉(zhuǎn)換模塊中包括H分量轉(zhuǎn)換模塊、S分量轉(zhuǎn) 換模塊和V分量轉(zhuǎn)換模塊。

具體的，所述H分量轉(zhuǎn)換模塊利用浮點(diǎn)乘除法運(yùn)算器進(jìn)行如下處理：

先定義并計算(g-b)/(max-min)＝t1，(b-r)/(max-min)＝t2，

(r-g)/(max-min)＝t3；

若max＝min，則h＝0；

若max＝r，且g>b，則h＝42.5*t1；

若max＝r，且g<b，則h＝42.5*t1+255；

若max＝g，則h＝42.5*t2+85；

若max＝b，則h＝42.5*t3+170；

所述S分量轉(zhuǎn)換模塊利用浮點(diǎn)乘除法運(yùn)算器進(jìn)行如下處理：

若max＝0，則s＝0；

其它，則s＝(max-min)/max；

所述V分量轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行如下處理：

v＝max；