灰度图像反转和彩色图像反转

Posted 2021-03-06 xianyufpga

　　前面的博客中我们分别用两种方法实现了彩色图像转灰度的算法，本篇博客则整理一下灰度图像反转和彩色图像反转的实现。

一、反转像介绍

　　"用摄影设备制成的人或物的形象，也包括光线经反射、折射而形成的与原物相似的图景，图像的色调或明暗的处理呈反转效果的图像。"

——百度百科《反转像》

　　反转像在很多场合都有运用，例如在一些质量很差的照片，比如从视频里裁取的照片，一定要先插值放大，然后进行反转像处理，锐度和对比度要调高一些，打印时和数码相机照的相反，要稍微调暗一些，这样打印出的照片效果更好。在冲洗之初显示为负像，经中途曝光后再次显影时转为正像。它能把底片上的负像印为正像，使影像的明暗或色彩与被摄体相同。

 

二、灰度图像反转

　　之前我们实现了RGB转YCbCr的算法，并且将 Y 分量取出作为灰度数据，而反转也正是对灰度数据进行操作，其原理也很简单，如果一幅灰度图像的灰度级是[0,L-1]，那反转图像为：s = L-1-r = L - (1+r) = L - r[r:0]，r 为原图像灰度级。

1、MATLAB实现

 1 %--------------------------------------------------------------------------
 2 %                       灰度图像反转
 3 %--------------------------------------------------------------------------
 4 clc;
 5 clear all;
 6 RGB = imread(‘Lenna.jpg‘);  %读取图像
 7 
 8 gray = rgb2gray(RGB);       %灰度图
 9 
10 inve1 = imcomplement(gray); %函数法图像反转
11 inve2 = 255 - gray;         %公式法图像反转
12 
13 subplot(3,1,1);imshow(gray); title(‘灰度图像‘);
14 subplot(3,1,2);imshow(inve1);title(‘函数法图像反转‘);
15 subplot(3,1,3);imshow(inve2);title(‘公式法图像反转‘);

　　这里我分别采用了函数法和公式法实现灰度图像反转，以验证我们的公式是否正确，255是因为Y分量是8位的，灰度级是8‘b1111_1111=255，点击运行得到如下结果：

　　从结果看出，两种方式得到的反转图像一样，证明我们的公式是没错的。

2、FPGA实现

　　FPGA的实现也很简单，只需要在原来的灰度图像的基础上，对 YCbCr 的 Y 分量进行公式法处理即可，关键代码如下所示：

//==========================================================================
//==    灰度反转，复制给RGB通道
//==========================================================================
assign inve_Y    = 8‘d255 - Y2; //灰度反转
assign inve_data = {inve_Y[7:3],inve_Y[7:2],inve_Y[7:3]};

　　其中 Y2 即原先RGB转YCbCr后的Y分量，我们对其进公式法处理，最终的值再赋值给RGB通道即可。

3、上板验证

　　由于我的开发板引脚有问题，导致色彩全都出现失真了。上板验证我是做了，最终和 MATLAB 的结果是一样的，上板验证的图等学校开学换了FPGA开发板后再补上。

 

三、彩色图像反转

　　灰度图像反转很简单，那彩色图像反转呢？　　

　　一开始我以为是将 YCbCr 的三个分量分别进行类似处理，然后赋值给RGB通道，最后实验失败，因为TFT（VGA）是只支持RGB格式的，直接赋值YCbCr数据肯定会导致图像错误。后来我又想那就再进行YCbCr转RGB565的处理总可以了吧，可以是可以，但有点太麻烦了，彩色图像哪有那么复杂！

　　最后在 Lee 神的指点下，我明白了其实只要对RGB分量进行类似的公式法处理即可，甚至比灰度图像反转的处理更简单！

1、MATLAB实现

 1 %--------------------------------------------------------------------------
 2 %                       彩色图像反转
 3 %--------------------------------------------------------------------------
 4 clc;
 5 clear all;
 6 RGB = imread(‘Lenna.jpg‘);  %读取图像
 7 
 8 inve1 = imcomplement(RGB);  %函数法图像反转
 9 
10 inve2 =  255 - RGB;         %公式法图像反转
11 
12 subplot(3,1,1);imshow(RGB);  title(‘原图‘);
13 subplot(3,1,2);imshow(inve1);title(‘函数法图像反转‘);
14 subplot(3,1,3);imshow(inve2);title(‘公式法图像反转‘);

　　代码第10行我采用了偷懒的写法，实际上RGB是3维数据，255会分别对RGB通道做三次减法。同样的，采用了两种方式实现，以验证公式法的正确性，点击运行得到如下结果：

　　从结果看出，两种方式得到的反转图像一样，证明我们的公式是没错的。

2、FPGA实现

　　彩色图像的反转比灰度图像反转更简单，直接对RGB通道进行公式法处理即可，关键代码如下所示：

assign inve_R = 5‘b11111  - RGB_data[15:11];
assign inve_G = 6‘b111111 - RGB_data[10:5];
assign inve_B = 5‘b11111  - RGB_data[4:0];

assign inve_data  = {inve_R,inve_G,inve_B};

　　RGB_data即图像的原始数据，inve_data即反转后的图像数据，甚至连时钟、复位信号都没有用到，非常简单！

3、上板验证

　　由于我的开发板引脚有问题，导致色彩全都出现失真了。上板验证我是做了，最终和 MATLAB 的结果是一样的，上板验证的图等学校开学换了FPGA开发板后再补上。

 

参考资料：[1]OpenS Lee FPGA开源工作室(公众号)