第五部分、颜色操作
- 第一节、颜色表操作
- 1.查找表LUT(look up table)
- 2.颜色查找表
- (1)Gamma校正
- (2)OpenCV默认的查找表
- 3.代码练习与测试
- (1)多种颜色查找表
- (2)滚动条+颜色查找表
- 第二节、随机数与随机颜色
- 1.随机数与随机颜色
- 2.随机绘制
- 3.代码练习与测试
- 第三节、通道分离与合并
- 1.通道分离与合并
- 2.函数解释
- 3.代码练习与测试
- 学习参考
第一节、颜色表操作
1.查找表LUT(look up table)
查找表可以降低运算时间,实现线性计算时间。
如下图所示0-4分别对应四种颜色。0-4叫做索引(index)。
- 首先构建LUT表
- 循环图像中的索引,去LUT中找对应的颜色
- 用空间换时间
2.颜色查找表
变换不同色彩的时候可以通过颜色查找表实现。
(1)Gamma校正
Gamma校正
– 在图像预处理的时候经常使用
- 公式p(x, y)表示输入图像像素值,Gamma为最终输出的一个数。
- 像素值取值范围在0~255之间,每一个值对应一个输出值,这样映射关系,可以先建立查找表LUT
- 根据输入得像素值作为index,在LUT中直接映射读取得到gamma校正之后得值
- 对256x256大小的图像,计算量对比:
- 不应用找表计算gamma - 65536次,
- 应用查找表计算gamma – 256次
gamma校正示例:
(2)OpenCV默认的查找表
OpenCV中默认的查找表api,cv.applyColorMap
cv.applyColorMap(src, colormap[, dst]) --> dst
1. 第一个参数输入图像
2. 第二个参数是颜色表
3. dst返回图像
下面是色彩表类型:
3.代码练习与测试
(1)多种颜色查找表
# 自定义颜色查找表与系统自带的颜色查找表
def lut_demo():
cv.namedWindow("lut-demo", cv.WINDOW_NORMAL)
# 构建一个查找表,lut数组是一些随机的颜色
lut = [[255, 0, 255], [125, 0, 0], [127, 255, 200], [200, 127, 127], [0, 255, 255]]
m1 = np.array([[2, 1, 3, 0], [2, 2, 1, 1], [3, 3, 4, 4], [4, 4, 1, 1]])
m2 = np.zeros((4, 4, 3), dtype=np.uint8)
# 用索引和颜色做对应
for i in range(4):
for j in range(4):
index = m1[i, j]
m2[i, j] = lut[index]
# 按照索引输出对应颜色
cv.imshow("lut-demo", m2)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
# 读取图片
image = cv.imread(r"F:\python\opencv-4.x\samples\data\butterfly.jpg")
cv.imshow("input", image)
cv.namedWindow("butterfly-gamma", cv.WINDOW_AUTOSIZE)
# 1.建立查找表,直接使用索引对应颜色表示图片
lut2 = np.zeros((256), dtype=np.uint8)
gamma = 0.7 # 假定gamma为0.7
for i in range(256):
if i == 0: # 这个是因为i = 0的时候,log(o/255.0)不存在,所以我自己找了个-6.0代替了一下
print(i, "---", -6.0)
lut2[i] = int(np.exp(-6.0 * gamma) * 255.0) # gamma校正的公式
else:
print(i, "---", np.log(i / 255.0))
lut2[i] = int(np.exp(np.log(i / 255.0) * gamma) * 255.0) # gamma校正的公式
print(lut2)
h, w, c = image.shape
for row in range(h):
for col in range(w):
b, g, r = image[row, col]
image[row, col] = (lut2[b], lut2[g], lut2[r]) # 直接用查找表的索引表示图片
cv.imshow("butterfly-gamma", image)
cv.waitKey(0)
# 2.自定义颜色查找表
# 注意自己定义颜色查找表的时候第一个维度永远是256,表示总共有0-255种颜色
# 第二个维度是宽度只有1列,因为每个位置上面有一个值就可以了
# 第三个维度表示通道数,可以是三通道也可以是单通道
lut3 = np.zeros((256, 1, 3), dtype=np.uint8)
for i in range(256):
if i == 0: # 这个是因为i = 0的时候,log(o/255.0)不存在,所以我自己找了个-6.0代替了一下
print(i, "---", -6.0)
c = int(np.exp(-6.0 * gamma) * 255.0) # gamma校正的公式
else:
print(i, "---", np.log(i / 255.0))
c = int(np.exp(np.log(i / 255.0) * gamma) * 255.0) # gamma校正的公式
lut3[i, 0] = (c, c, c)
print(lut3)
dst = cv.LUT(image, lut3) # 使用自定义的查找表
cv.imshow("butterfly-gamma", dst)
cv.waitKey(0)
# 3.使用系统自带的COLORMAP_PINK颜色查找表
dst = cv.applyColorMap(image, cv.COLORMAP_PINK)
cv.imshow("butterfly-pink", dst)
cv.waitKey(0)
# 4.使用系统自带的COLORMAP_JET颜色查找表
dst = cv.applyColorMap(image, cv.COLORMAP_JET)
cv.imshow("butterfly-jet", dst)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
结果示例:
对于自己给定的一些颜色设计的LUT查找表:
下面几张图从左到右分别是:
- 读入的原图片
- 在gamma=0.7的条件下使用自定义的颜色查找表直接对原图片相应使用索引
- 在gamma=0.7的条件下对原图片使用自定义颜色查找表
- 对原图片使用系统自带的COLOR_PINK颜色查找表
- 对原图片使用系统自带的COLOR_JET颜色查找表
(2)滚动条+颜色查找表
将示例中的系统自带的颜色查找表存储在数组中,添加到滚动条中实现不同颜色查找表的切换。
# 用滚动条做系统自带的颜色查找表
def trackbar_lut_callback(pos):
print(pos)
def trackbar_lut_demo():
arr = [0, 1, 17, 8, 21, 11, 9, 14, 2, 13, 5, 12, 10, 15, 4, 7, 6, 20, 18, 19]
image = cv.imread(r"F:\python\opencv-4.x\samples\data\butterfly.jpg")
cv.namedWindow("trackbar_lut_demo", cv.WINDOW_AUTOSIZE)
cv.createTrackbar("colormap", "trackbar_lut_demo", 0, 21, trackbar_lut_callback) # callback先注册后使用
cv.imshow("trackbar_lut_demo", image)
while True:
pos = cv.getTrackbarPos("colormap", "trackbar_lut_demo")
# 颜色查找表
if pos in arr:
dst = cv.applyColorMap(image, pos)
cv.imshow("trackbar_lut_demo", dst)
else:
cv.imshow("trackbar_lut_demo", image)
# 1ms获取一次键值,默认是 - 1,ESC是27
c = cv.waitKey(1)
if c == 27: # 按ESC建终止调整亮度功能
break
cv.waitKey(0) # 按任意建关闭窗口
cv.destroyAllWindows()
结果示例:
第二节、随机数与随机颜色
1.随机数与随机颜色
OpenCV中的随机数都是使用的Numpy中的random随机函数:
random.randint(low, high=None, size=None, dtype=int)
# Low表低值,high表示高值,size表示维度,dtype表示类型
np.random.randint(256)
np.random.randint(0, 256)
# 表示产生0~255随机数,类型是int
np.random.randint(0, 256, size=3)
# size 随机数的尺寸,默认是返回单个,输入3 返回 3个,输入 (3,4) 返回的是一个 3*4 的二维数组。
随机噪声图:
cv.randn(dst, mean, stddev)
# 生成目标图像dst
# 噪声均值mean
# 噪声方差stddev
cv.randn(canvas, (40, 200, 140), (10, 50, 10)) # 噪声图像三个通道的均值分别是40、200、140,方差分别是10、50、10
2.随机绘制
随机颜色:
-
修改color和thickness参数实现随机的绘制或者填充
-
位置随机,颜色随机
随机噪声图像:
- 修改mean与stddev参数实现随机噪声图像
3.代码练习与测试
# 随机颜色+随机噪声
def random_demo():
# 设置512*512*3的图像作为画布
canvas = np.zeros((512, 512, 3), dtype=np.uint8)
# 随即绘制
while True:
# 随机的颜色
b, g, r = np.random.randint(0, 256, size=3)
# 随机坐标起点(x1, y1),终点(x2, y2)
x1 = np.random.randint(0, 512)
x2 = np.random.randint(0, 512)
y1 = np.random.randint(0, 512)
y2 = np.random.randint(0, 512)
cv.rectangle(canvas, (x1, y1), (x2, y2), (int(b), int(g), int(r)), -1, 8)
cv.imshow("canvas", canvas)
# 50ms获取一次键盘值,默认是-1,ESC是27
c = cv.waitKey(50)
if c == 27:
break
# 重新绘制背景画布
cv.rectangle(canvas, (0, 0), (512, 512), (0, 0, 0), -1, 8) # 擦除之前所绘制的内容
# 随机产生噪声图片
# cv.randn(canvas, (40, 200, 140), (10, 50, 10))
cv.randn(canvas, (120, 100, 140), (30, 50, 20))
cv.imshow("noise image", canvas)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
注释掉重新绘制画布背景 cv.rectangle(canvas, (0, 0), (512, 512), (0, 0, 0), -1, 8) 之后结果和随机产生噪声的结果示例:
给图片添加噪声:
# 给图片添加噪声
def random_demo_2():
# 设置512*512*3的图像作为画布
canvas = np.zeros((512, 512, 3), dtype=np.uint8)
# 给512*512*3的图片添加噪声
image = cv.imread(r"F:\python\opencv-4.x\samples\data\lena.jpg")
# 定义三个随机数
while True:
n1 = np.random.randint(0, 100)
n2 = np.random.randint(0, 100)
n3 = np.random.randint(0, 100)
# 将随机数作为噪声的均值和方差
cv.randn(canvas, (n1, n2, n3), (n1, n2, n3))
# 在原图中添加噪声
dst = cv.add(image, canvas)
cv.imshow("add noise image", dst)
# 1000ms即1s获取一次键盘值,默认是-1,ESC是27
c = cv.waitKey(1000)
if c == 27:
break
# 重新绘制背景画布
cv.rectangle(canvas, (0, 0), (512, 512), (0, 0, 0), -1, 8) # 擦除之前所绘制的内容
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
结果示例:
第三节、通道分离与合并
1.通道分离与合并
通道分离是针对于多通道的图片来说的,如下图我们将一个RGB的彩色图像分离成R、G、B三个通道,最后再合并。
通道分离的原因:可能对某一个单独的通道进行处理,处理完之后再合并。
- RGB/HSV彩色通道分离为单独通道
- 针对不同通道使用不同阈值提取mask
- 提取其中一个通道的信息。
2.函数解释
分离函数:
# 通道分离函数
1. cv.split(m[, mv]) --> mv
# m表示输入图像,必须是多通道图像
# mv表示输出的,是多通道分离出来的单通道的数组
合并与混合函数:
# 通道合并
2. cv.merge(mv[, dst])--> dst
# mv表示各个通道
3. cv.mixChannels(src, dst, fromTo)--> dst
# src表示输入多通道图像
# fromTo表示通道索引,例如可以通过调整通道索引把BGR变成RGB(0, 1, 2)--> (2, 1, 0)
# dst表示返回结果
通道阈值:
4. cv.inRange( src, lowerb, upperb[, dst]) --> dst
# 其中src是输入图像
# Lowerb是低值
# Upperb是高值
# 只取在Lowerb - Upperb之间的图像变成255,其余部分都变成0
# dst = (lowerb < src < upperb)
# 输出的dst是一个二值mask图像(黑白图像)
# 白色区域是符合约束条件的,黑色区域是背景
3.代码练习与测试
# 通道分离与合并
def channel_splits():
image = cv.imread(r"F:\python\opencv-4.x\samples\data\butterfly.jpg")
cv.namedWindow("butterfly", cv.WINDOW_AUTOSIZE)
cv.imshow("butterfly", image)
# 通道分割
mv = cv.split(image)
cv.imshow("B", mv[0])
cv.imshow("G", mv[1])
cv.imshow("R", mv[1])
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
# 通道合并
mv2 = cv.merge(mv)
cv.imshow("merge", mv2)
mv[1][:, :] = 255 # 修改其中一个通道的颜色为全白
mv3 = cv.merge(mv)
cv.imshow("merge_1", mv3)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
# BGR2RGB
dst = np.zeros_like(image)
cv.mixChannels([image], [dst], fromTo=[0, 1, 2, 2, 1, 0]) # (0,1,2)->(2,1,0)
cv.imshow("mix_channels", dst)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
# 通道阈值
# mask = cv.inRange(image, (43, 46, 100), (128, 200, 200)) #阈值范围为(43, 46, 100), (128, 200, 200)
mask = cv.inRange(image, (20, 46, 80), (128, 230, 180)) # 阈值范围为(20, 46, 80), (128, 230, 180)
cv.imshow("inRange", mask)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
- 通道分离:
- 通道合并:
- BGR与RGB交换通道顺序:
-
设置通道阈值
中间图为将颜色在(43, 46, 100) ~ (128, 200, 200)之间的变成白色,其余部分变成黑色。
右图为,将颜色在(20, 46, 80) ~ (128, 230, 180)之间变成白色其余变成黑色。
# BGR2HSV + inRange
def bgr2rgb_inrange():
image = cv.imread(r"F:\python\opencv-4.x\samples\data\butterfly.jpg")
cv.namedWindow("butterfly", cv.WINDOW_AUTOSIZE)
cv.imshow("butterfly", image)
# BGR2HSV
hsv = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2HSV)
# inRange
mask = cv.inRange(hsv, (43, 46, 100), (128, 200, 200))
mask2 = cv.inRange(hsv, (20, 46, 80), (128, 230, 180))
cv.imshow("bgr2rgb_inrange_1", mask)
cv.imshow("bgr2rgb_inrange_2", mask2)
cv. waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()
结果示例:
学习参考
本系列所有OpenCv相关的代码示例和内容均来自博主学习的网站:opencv_course