数字图像处理学习（一）：灰度转换（RAW、RGB、YCrCb）

一、RAW、RGB和YCrCb

在数字图像处理领域，YCbCr是一种常见的图像格式，很多图像处理都是基于YCbCr，包括各种滤波、甚至图像卷积等。

1、RAW

在CMOS图像传感器中，以OV5640为例，其感光阵列如下图：
可以看到，感光阵列由红、绿、蓝三种感光点组成，B只识别蓝色光，R只识别红色光，Gb只识别绿色光，假如将这种每个感光像素点转换成数字信号后直接输出，就得到了RAW格式的图像数据。

这种数据保存了很多原始信息，但是也因为如此，RAW格式数据量比起被压缩的图像格式数据量大很多，但是在精密图像处理中，通常也会使用RAW格式数据，因为这种数据保存了更多的细节。

可以参考以下博客：raw图像格式

2、RGB

而RGB是RAW格式数据经过一系列处理后得到的图像格式，当然，使用CMOS图像传感器话，传感器内部集成了处理电路，只需要配置寄存器就可以选择输出RAW格式还是RGB格式数据。

人眼能感知的色彩其实是红色、绿色、蓝色三种原色的各种组合，红绿蓝三种颜色的按照不同比例组合最终会呈现出不同的颜色。这种以三原色组合的图像格式是RGB格式，是目前应用最广的图像格式。RGB有很多种格式，常用的有RGB565，一共用16bit就可以表示三种分量；还有RGB888，这一种格式需要24bit的数据来表示，正因为需要的bit数多，所以RGB888能表示的颜色比RGB565要多很多。如果对颜色精细度要求不是很高可以使用RGB565，在很多计算过程中需要使用RGB888。

3、YCrCb

而YCbCr，Y代表亮度分量（灰度值），Cb代表蓝色色度分量，Cr代表红色色度分量，我们在灰度图像中，需要的就是其中的Y分量。而YCrCb也有多种格式，444,422，根据具体需求选择，一般选择422格式。

二、RGB转YCrCb

1、计算公式

因为Verilog 无法进行浮点运算，所以我们可以将公式中的数值全部扩大256倍，也就意味着所有数都向左移了8位，然后将扩大后的值向右移8位。

这样就得到了YcrCb分量，但是无论是VGA接口还是HDMI接口，都有三个颜色通道，因为我们只需要Y分量，所以将Y分量同时送到三个颜色通道。

2、计算过程（注意事项）

从上面公式可以看到，在RGB转YcrCb的过程中，虽然从公式上看起来是一步到位，但是因为我们使用寄存器描述，在实际电路中会有一个数据流的先后顺序（指Y中的乘法、加法和移位三个操作有先后顺序，并且每个操作都要消耗一个时钟，所以一共消耗3个时钟），这三步操作同时对连续数据进行处理， 通过这种方式实现硬件加速的方法称为流水线计，因此公式中的计算需要分为三个步骤：
1、先计算乘法
2、再计算加法；
3、最后进行移位（除法）

这样，最终的数据相当于打了3拍，因此我们需要对行场同步信号也进行打3拍，这样才能保证图像数据和行场同步信号一致。