[发明专利]一种基于FPGA的RGB与HSI色彩空间转换方法及其电路

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的RGB与HSI色彩空间转换方法及其电路，包括RGB色彩空间转换为HSI色彩空间逻辑电路和HSI色彩空间转换为RGB色彩空间逻辑电路；通过提取输入图像的R、G和B并归一化到[0,1]，计算亮度I、色度H以及饱和度S得到HSI彩色图像；通过提取输入图像的亮度值I、饱和度值S和色度值H，计算中间变量M、N和O并根据色度值H的范围，确定相应的R、G和B的值得到RGB彩色图像。本发明优化了传统RGB转换HSI的计算公式，每一个像素减少两次加法，两次乘法和一次开平方运算，保留的除法运算相比于改进之前的除法运算量更小，可以有效减少运算量，提高计算结果的精度，满足4KP60的系统运算要求。

技术领域

本发明属于数字图像处理的技术领域，具体涉及一种基于FPGA的RGB与HSI色彩空间转换方法及其电路。

背景技术

随着视频分辨率和帧率的增加，一些常使用的图像预处理算法由于数据运算量的成倍增加，在图像预处理阶段消耗处理器更多的时间和资源，导致整个系统无法满足后续实时图像处理的要求。

在图像预处理算法中，色彩空间转换是一种常用的算法，将彩色图像从RGB色彩空间转换到HSI色彩空间，可以有效减少RGB色彩空间进行图像处理过程中出现的颜色偏色以及伪彩色等问题，所以色彩空间转换在整个图像处理过程中占据重要的位置。其中RGB色彩空间转换到HSI色彩空间过程中，转换公式中涉及乘法、除法、平方、开方、反余弦运算和余弦等浮点运算，而且乘法、开方、除法和反余弦运算在是串行执行的，需要等待上一个运算完成之后才可以进行下一个运算。当图像的分辨率达到4K(3840*2160)，整个色彩空间转换算法运算时间长，占用资源多。

本发明优化RGB色彩空间转换HSI色彩空间算法，以计算色调值H而言，对于每一个像素来说，传统方法需要四次加法，两次乘法、一次除法、一次开方和一次反余弦运算，本发明改进的设计只需要两次加法、一次除法和一次查找表计算，且改进之后的除法相比改进之前的除法运算量更小。本发明可有效减少RGB色彩空间转换HSI色彩空间的运算量，提高计算结果的精度以及整体系统处理能力。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于FPGA的RGB与HSI色彩空间转换方法及其电路，解决传统RGB色彩空间转换HSI色彩空间时间和资源消耗多的问题，同时提高计算结果的精度和整体系统处理能力。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的RGB与HSI色彩空间转换方法，包括将RGB彩色图像转换为HSI彩色图像，以及将HSI彩色图像转换为RGB彩色图像；

所述将RGB彩色图像转换为HSI彩色图像具体为：提取输入的RGB彩色图像的每个像素的红色值R、绿色值G和蓝色值B，并归一化到[0,1]；根据归一化后的红色值R、绿色值G和蓝色值B进行亮度I、色度H以及饱和度S的计算，得到转换后的HSI彩色图像；

所述将HSI彩色图像转换为RGB彩色图像具体为：提取输入的HSI彩色图像的每个像素的亮度值I、饱和度值S和色度值H，并进行中间变量M、N和O的计算，根据中间变量M、N和O的值以及色度值H的范围，确定相应的R、G和B的值，得到转换后的RGB彩色图像。

作为优选的技术方案，在将RGB彩色图像转换为HSI彩色图像的过程中，

所述根据归一化后的红色值R、绿色值G和蓝色值B进行亮度I的计算，具体为：

所述根据归一化后的红色值R、绿色值G和蓝色值B进行饱和度S的计算，具体为：

所述根据归一化后的红色值R、绿色值G和蓝色值B进行色度H的计算，具体为：

其中，角度