【FPGA图像处理实战】- RGB与HSV互转

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HSV颜色空间也是图像处理中常用一个颜色空间，主要应用于调色处理。本文将介绍一下RGB与HSV互转，其中复杂度比“RGB与YUV互转”要高一点，涉及到除法、浮点数、有符号数的运算。

一、HSV颜色空间介绍

1、HSV颜色空间

HSV（Hue, Saturation, Value）颜色模型，也称作六角锥体模型（Hexcone Model），是A. R. Smith于1978年根据颜色的直观特性创建的一种颜色空间。这种模型以色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Value）为基础，能够更加自然地表示和处理颜色，因而在计算机视觉、图像处理等领域得到了广泛应用。

2、色调（Hue）

H（Hue）代表色调，是描述颜色的一种属性，用来表示颜色的种类。色调是人在视觉上区分颜色的一种方式，类似于RGB模型中的红、绿、蓝等基本颜色。 HSV模型中的色调H，通常以角度来表示，范围从0度（红色）到120度（蓝色），再到240度（洋红色），再到360度（再次回到红色）。这种循环对应了色轮上颜色的分布。不同的色调对应着色轮上不同的颜色，例如： – 0度到120度：从红色逐渐过渡到蓝色 – 120度到240度：从蓝色逐渐过渡到洋红色 – 240度到360度：从洋红色逐渐过渡到红色在HSV模型中，色调H在数值上是对饱和度和亮度进行加权的，即在保持饱和度和亮度不变的情况下，调整色调可以得到不同颜色。色调H的变化会影响到颜色的外观，使得颜色在色轮上沿着指定的方向移动。总的来说，HSV模型中的色调H是一种描述颜色种类的属性，它能够帮助我们区分不同的颜色，并在颜色处理和计算机视觉等领域中发挥重要作用。

3、饱和度（Saturation）

S（Saturation）代表饱和度，它是描述颜色的一种属性，用来表示颜色的纯净度和鲜艳程度。饱和度S表示颜色的纯净度，即颜色的鲜明程度。当饱和度S为1时，表示颜色完全饱和，即颜色是最纯净、最鲜明的；而当饱和度S为0时，表示颜色完全去饱和，即颜色变为灰度，没有鲜明的色彩。在HSV模型中，饱和度S的取值范围通常是0到1，其中： – 0：表示颜色完全去饱和，即颜色变为灰度，没有鲜明的色彩。 – 1：表示颜色完全饱和，即颜色是最纯净、最鲜明的。饱和度S的变化会影响到颜色的外观，使得颜色变得更加鲜艳或者更加柔和。当饱和度增加时，颜色变得更加鲜艳；而当饱和度减小时，颜色变得更加柔和，甚至变为灰度。总的来说，HSV模型中的饱和度S是一种描述颜色纯净度和鲜艳程度的属性，它能够帮助我们调整颜色的鲜明程度，并在颜色处理和计算机视觉等领域中发挥重要作用。

4、亮度（Value）

V（Value）代表亮度，它是描述颜色的一种属性，用来表示颜色的明暗程度。亮度V表示颜色的明暗程度，即颜色的亮丽程度。当亮度V为1时，表示颜色完全亮丽，即颜色是最明亮的；而当亮度V为0时，表示颜色完全暗淡，即颜色变为黑色。在HSV模型中，亮度V的取值范围通常是0到1，其中： – 0：表示颜色完全暗淡，即颜色变为黑色。 – 1：表示颜色完全亮丽，即颜色是最明亮的。亮度V的变化会影响到颜色的外观，使得颜色变得更加明亮或者更加暗淡。当亮度增加时，颜色变得更加明亮；而当亮度减小时，颜色变得更加暗淡。

总的来说，HSV模型中的亮度V是一种描述颜色明暗程度的属性，它能够帮助我们调整颜色的明暗程度，并在颜色处理和计算机视觉等领域中发挥重要作用。

二、Python实现

1、主要函数

dst=cv2.cvtColor(src,code[, dst[, dstCn]])

参数说明： dst（destination）就表示函数处理后的目的函数； src（source）表示源图像； code是opencv中色彩空间定义的宏常量，常用的有COLOR_BGR2GRAY、COLOR_GRAY2BGR、COLOR_BGR2HSV、COLOR_BGR2RGB等，但是实际上可以调用的参数多达247种。

2、实现代码

import cv2

# 1. 读取图像
rgb_image = cv2.imread('1280_720.bmp')

# 2. 将RGB图像转换为YUV图像
hsv_image = cv2.cvtColor(rgb_image, cv2.COLOR_RGB2HSV)

# 3. 将YUV图像转回RGB图像
rgb_image_again = cv2.cvtColor(hsv_image, cv2.COLOR_HSV2RGB)

# 4. 显示图像
cv2.namedWindow("rgb", 0)
cv2.resizeWindow("rgb", 300, 180)  # 设置窗口大小
cv2.namedWindow("hsv", 0)
cv2.resizeWindow("hsv", 300, 180)  # 设置窗口大小
cv2.namedWindow("rgb_a", 0)
cv2.resizeWindow("rgb_a", 300, 180)  # 设置窗口大小
cv2.imshow('rgb', rgb_image)
cv2.imshow('hsv', hsv_image)
cv2.imshow('rgb_a', rgb_image_again)

# 4. 设置窗口显示时间，单位为毫秒（这里设置为100秒，可以根据需要调整）
cv2.waitKey(100000)

# 5. 关闭所有窗口
cv2.destroyAllWindows()

3、实现效果 三、FPGA实现 RGB与HSV互转的公式中，可以发现其中涉及浮点数运算、除法运算，计算逻辑有一定复杂度。对于这类数学公式类FPGA实现，首先第一步是简化运算公式和浮点数转整数，第二步写代码，第三步仿真测试。在写代码的过程中，可能需要迭代修改代码。

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