FPGA实现图像灰度转换（1）：RGB分量转Gray

　　Gray灰度图像：即我们常说的黑白图像，由黑到白的灰阶为 0- 255（8bit）。

　　本博客整理一下 RGB 分量实现 Gray 灰度效果的实验，这个实验非常的简单，简单到看到代码就感觉非常无语......

一、RGB分量转Gray灰度的原理

　　RGB格式即一个像素由R、G、B三基色构成，例如 RGB565 格式的像素排列为R[4:0]、G[5:0]、B[4:0]，RGB三个分量的数值不同，最后合成的像素颜色则不同。

　　RGB分量转Gray灰度即只挑取 R 或 G 或 B 的 1 个分量，剩下的 2 个分量丢弃，其位置由挑取的分量来替代。

二、MATLAB

　　此次实验选择了一张 RGB 分量明显的图片，先从 MATLAB 软件中查看效果如何。代码如下所示：

clc;
clear all;
RGB = imread('flower.bmp'); %读取图像

R_gray = RGB(:,:,1);        %提取R分量后的灰度图
G_gray = RGB(:,:,2);        %提取G分量后的灰度图
B_gray = RGB(:,:,3);        %提取B分量后的灰度图

subplot(2,2,1);imshow(RGB);   title('原图');
subplot(2,2,2);imshow(R_gray);title('R分量灰度图');
subplot(2,2,3);imshow(G_gray);title('G分量灰度图');
subplot(2,2,4);imshow(B_gray);title('B分量灰度图');

　　运行效果如下所示：

　　可以看出虽然都是灰度图，但不同分量获得的效果是不同的。

三、FPGA中的实现

1、模块划分

　　本实验基于串口传输，在前面的博客中整理过。

　　图像处理的模块添加在哪里好呢？一开始我是添加到串口模块到 SDRAM 缓存模块之间的，但是因为这次实验是基于图片的，加在这个位置后 SDRAM 里缓存的是一张处理之后的图片，如果要进行效果切换则必须重新编译下载工程，串口再重新发送图片数据，非常的麻烦。经过思考，我决定不动SDRAM之前的模块，让SDRAM缓存原图，再把图像处理模块添加在 TFT 控制器模块之后，并且引入按键，通过按键切换显示效果。这样原先的TFT控制器模块就相当于一个中转站，图像真正的传输到管脚是在图像处理之后。因此我将 TFT 控制器模块的名字由 TFT_driver 变为 RGB_driver，这样后面的模块的命名方便些，顶层的信号名也不用改太多。而图像处理模块则命名为 Image_Processor，专门进行各种图像处理，最终的信号连接到 FPGA 的 TFT屏管脚。本工程的框架图如下所示：

　　Image_Processor 模块内部的模块如图所示：

　　　这篇博客实际算是图像处理的第一篇博客，之前的都是预备知识，所以展示的内容全一点，后续的图像处理工程也都是基于此架构实现，不会再详细说明。

2、RGB分量转Gray灰度的 Verilog 实现

　　过于简单，所以直接贴代码吧。

 1 //**************************************************************************
 2 // *** 名称 : RGB_Gray.v
 3 // *** 作者 : xianyu_FPGA
 4 // *** 博客 : https://www.cnblogs.com/xianyufpga/
 5 // *** 日期 : 2020年3月
 6 // *** 描述 : RGB分量转Gray灰度图
 7 //**************************************************************************
 8 
 9 module RGB_Gray
10 //========================< 端口 >==========================================
11 (
12 input   wire    [15:0]      RGB_data                , //原始图像数据
13 output  wire    [15:0]      red                     , //R分量灰度图
14 output  wire    [15:0]      green                   , //G分量灰度图
15 output  wire    [15:0]      blue                      //B分量灰度图
16 );
17 //==========================================================================
18 //==                        代码
19 //==========================================================================
20 assign red   = {RGB_data[15:11],RGB_data[15:11],1'b0,RGB_data[15:11]}; 
21 assign green = {RGB_data[10:6],RGB_data[10:5],RGB_data[10:6]};        
22 assign blue  = {RGB_data[4:0],RGB_data[4:0],1'b0,RGB_data[4:0]};      
23 
24 
25 
26 endmodule