如何在Vivado HLS中生成100x100的10阶灰度渐变图像？

核心思路 #

Vivado HLS综合阶段仅支持静态一维数组，因此先创建对应100×100尺寸的一维数组，将图像按行划分为10个区域（每个区域10行），每个区域对应一个从白到黑的灰度阶；仿真验证阶段可将一维数组转换为OpenCV的Mat格式，用于可视化或保存图像。

1. 确定灰度阶值 #

从白（255）到黑（0）均分10阶，通过255 - (i * 255 / 9)计算（i从0到9），得到10个灰度值：255, 227, 200, 172, 145, 117, 90, 62, 35, 0。

2. Vivado HLS综合可执行的核心代码 #

这部分代码可被HLS综合，仅使用一维数组：

#include <ap_int.h>

// 定义图像尺寸常量
#define WIDTH 100
#define HEIGHT 100
#define TOTAL_PIXELS WIDTH * HEIGHT

// 生成灰度渐变图像的函数
void generate_gradient_img(unsigned char img_array[TOTAL_PIXELS]) {
    // 预定义10阶灰度值（从白到黑）
    unsigned char gray_levels[10] = {255, 227, 200, 172, 145, 117, 90, 62, 35, 0};
    
    // 遍历每一行填充像素
    for (int row = 0; row < HEIGHT; row++) {
        // 确定当前行所属灰度阶（每10行对应一个阶）
        int level_idx = row / 10;
        unsigned char current_gray = gray_levels[level_idx];
        
        // 填充当前行的所有像素
        for (int col = 0; col < WIDTH; col++) {
            int idx = row * WIDTH + col;
            img_array[idx] = current_gray;
        }
    }
}

3. 仿真验证：一维数组转OpenCV Mat并保存 #

在Testbench中使用OpenCV将一维数组转换为Mat并保存图像，用于验证结果：

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include "generate_gradient_img.h"

int main() {
    unsigned char img_array[TOTAL_PIXELS];
    
    // 调用生成函数
    generate_gradient_img(img_array);
    
    // 将一维数组转换为Mat格式
    cv::Mat img(HEIGHT, WIDTH, CV_8UC1);
    for (int row = 0; row < HEIGHT; row++) {
        for (int col = 0; col < WIDTH; col++) {
            img.at<unsigned char>(row, col) = img_array[row * WIDTH + col];
        }
    }
    
    // 保存图像到本地
    cv::imwrite("10level_gradient.png", img);
    
    return 0;
}

关键注意事项 #

• Vivado HLS综合阶段不支持OpenCV的Mat类型，核心生成逻辑必须仅使用一维数组，Mat仅用于Testbench的仿真验证。
• 若生成的图像用于硬件后续处理，可直接将一维数组作为硬件接口的输出。
• 灰度阶值可根据需求调整，比如改用近似均分的整数步长（如255 - i*26）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Тёма Ершов