（四）RGB转灰度图像处理算法（单通道实现）

雪孩爱雪

背景知识
   在正式入题之前先给大家讲解一下 gray 图像，YUV 图像以及 Ycbcr 图像。
Gray 图像：灰度（gray）图像就是我们常说的黑白图像，由黑到白为灰阶为 0-255(8bit)。
YUV 图像：YUV 是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于 PAL），是 PAL
和 SECAM 模拟彩色电视制式采用的颜色空间。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色
摄影机或彩色 CCD 摄影机进行取像，然后把取得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后
得到 RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号 Y 和两个色差信号 B－Y（即 U）、R－Y（即
V），最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表
示方法就是所谓的 YUV 色彩空间表示。采用 YUV 色彩空间的重要性是它的亮度信号 Y 和
色度信号 U、V 是分离的。YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑
白电视。与 RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽（RGB 要求三
个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance 或 Luma），也就是灰阶值；
而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance 或 Chroma），作用是描述影像色彩及饱和
度，用于指定像素的颜色。“亮度”是透过 RGB 输入信号来建立的，方法是将 RGB 信号的
特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面─色调与饱和度，分别用 Cr 和 Cb
来表示。其中，Cr 反映了 RGB 输入信号红色部分与 RGB 信号亮度值之间的差异。而 Cb 反
映的是 RGB 输入信号蓝色部分与 RGB 信号亮度值之间的差异。
Ycbcr 图像：Ycbcr 或 Y'CbCr 有的时候会被写作：YCBCR 或是 Y'CBCR，是色彩空间
的一种，通常会用于影片中的影像连续处理，或是数字摄影系统中。Y'为颜色的亮度(luma)
成分、而 CB 和 CR 则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。Y'和 Y 是不同的，而 Y 就是所谓的
流明(luminance)，表示光的浓度且为非线性，使用伽马修正(gamma correction)编码处理。

FPGA 实现 RGB 图像转 Gray 图像方法

一般 RGB 像转灰度（gray）图像有两种方法:
①使用 RGB 图像的单通道去显示图像（R，G 或 B）。
②RGB 图像转换成 Ycbcr 图像，使用 Y 分量去显示图像，来实现彩色图像转灰度图。


本帖子实现RGB 单通道实现灰度图像的转换：
我们按照正点原子教程，将lenna的图片转换为coe文件
然后在“Other Options”选项卡中，加载我们刚刚使用“PicToLCD”软件生成的“.coe”文件


RGB 单通道实现灰度图像 FPGA 源码：
assign TFT_rgb_r = {rom_rd_data[23:16],rom_rd_data[23:16],rom_rd_data[23:16]};
assign TFT_rgb_g = {rom_rd_data[15:8],rom_rd_data[15:8],rom_rd_data[15:8]};
assign TFT_rgb_b = {rom_rd_data[7:0],rom_rd_data[7:0],rom_rd_data[7:0]};


lenna原图

lenna的Red分量图片

lenna的Green分量图片

lenna的Blue分量图片

由三个分量显示图像来看，Green 分量显示效果较好，脉络清晰，红色分量灰
度图像偏亮，蓝色分量灰度图像较好。这是最简单的 RGB 转灰度图像的方法，旨在通过最
简单的方式让大家感受 FPGA 进行图像处理的直观效果。
附件为完整工程；