文章目录
- 总体步骤
- 1.RGB转HSV
- 2.找出要换的底色
- 3.取反，黑白颠倒
- 4.将原图像的非背景部分复制到新背景上
- 完整代码
- 1.C++纯手写版
- 2.官方API版本
总体步骤
1.RGB转HSV
为什么一定要转为HSV 颜色空间？
将图像从BGR颜色空间转换为HSV颜色空间是因为HSV颜色空间更适合进行颜色分割和提取操作。这是因为HSV颜色空间将颜色表示为色相（Hue）、饱和度（Saturation）和明度（Value），这使得颜色的分离更加直观和有效。具体原因如下：
色相（Hue）分离：
- 在HSV颜色空间中，色相（H）直接表示颜色的种类，例如红色、绿色、蓝色等。通过指定色相范围，可以非常容易地分离出特定的颜色。例如，**绿色的色相范围通常集中在一个较小的区间内，这使得提取绿色对象变得简单而精确。**这也是为什么特效制作的时候需要使用绿色幕布，更加方便提取图像。
饱和度（Saturation）和明度（Value）独立：
- 饱和度表示颜色的纯度，明度表示颜色的亮度。在BGR颜色空间中，这些属性是混合在一起的，不容易分离。但是在HSV颜色空间中，饱和度和明度是独立的，可以单独进行调节和阈值化，从而实现更好的颜色分割效果。
处理光照变化：
- HSV颜色空间对于光照变化更为鲁棒。由于明度和饱和度是独立的，即使在光照发生变化时，色相也相对稳定，使得颜色分割在不同光照条件下表现更好。
HSV范围取色表
例如在H：35 -77 S：43-255 V：46-255 之间的可以认为是绿色。 有了这张图参考，我们能够更容易地过滤掉某种颜色。
2.找出要换的底色
以将一张蓝底的证件照换成红底证件照为例：
转为HSV颜色空间之后，我们要找出蓝色的底色所在区域。可以通过遍历像素的方式实现
// 根据范围创建 掩码图像 二值化图像
void customInRange(const Mat& src, Scalar lowerBound, Scalar upperBound, Mat& dst) {
// 创建与源图像大小相同的掩码图像
dst = Mat::zeros(src.size(), CV_8UC1);
// 遍历图像的每个像素
for (int y = 0; y < src.rows; y++) {
for (int x = 0; x < src.cols; x++) {
Vec3b pixel = src.at<Vec3b>(y, x);
bool inRange = true;
// 检查像素值是否在指定范围内 通过HSV范围表来指定
for (int c = 0; c < 3; c++) {
if (pixel[c] < lowerBound[c] || pixel[c] > upperBound[c]) {
inRange = false;
break;
}
}
// 如果在范围内，设置掩码图像中的对应位置为255
if (inRange) {
dst.at<uchar>(y, x) = 255;
}
}
}
}
这里涉及到一个新概念 掩码图像
掩码（mask）在计算机视觉和图像处理领域中，是一种用于选择、过滤或操作图像中特定部分的工具。掩码本质上是一张与原图像大小相同的二值图像，其中每个像素要么是0，要么是1（在OpenCV中通常用0和255来表示）。掩码图像中值为1（或255）的部分表示感兴趣的区域（ROI，Region of Interest），而值为0的部分则表示不感兴趣的区域。
掩码的具体作用可以包括以下几种：
- 区域选择：
- 通过掩码，可以选择图像中的某个特定区域进行操作，而忽略其他部分。例如，只对图像中的某个颜色范围进行处理。
- 图像分割：
- 掩码可以用于将图像分割成前景和背景。前景是感兴趣的部分，背景则是其他部分。
- 图像修复：
- 掩码可以用于图像修复，指定需要修复的区域。
- 遮罩操作：
- 在图像合成时，掩码可以用作遮罩，控制哪些部分需要叠加或混合。
上述代码通过遍历可以找到蓝色底色的区域，并置为白色。其余的全部设置为黑色。
代码运行效果：（中间的白点，因为胖虎穿的偏蓝色领带，因此过滤出了一部分）
此时，基本上已经找出原来底色的区域，已经全部置成了白色。
3.取反，黑白颠倒
主要目的是找到除了背景色的其他元素，这一步是选择 非背景色的元素 置为白色，因为除了背景色，其他像素均要移到新的背景色上去， 非背景色成为了ROI（感兴趣区域），背景色置为黑色，代表不再关注原来的背景色。遍历每个像素，用255减去原来的像素便可反转颜色，黑白颠倒。
// bitwise_not(mask,mask);
for (int y = 0; y < mask.rows; ++y) {
for (int x = 0; x < mask.cols; ++x) {
//对每个像素进行取反
mask.at<uchar>(y, x) = 255 - mask.at<uchar>(y, x);
}
}
效果如图：
4.将原图像的非背景部分复制到新背景上
//将非背景色像素移到事先准备好的背景上
void customCopyTo(const Mat& src, Mat& dst, const Mat& mask) {
// 确保源图像和掩码图像的大小一致
if (src.size() != dst.size() || src.size() != mask.size()) {
throw std::invalid_argument("Size of src, dst, and mask must be the same");
}
// 遍历图像的每个像素
for (int y = 0; y < src.rows; y++) {
for (int x = 0; x < src.cols; x++) {
// 如果掩码中的值为非零（通常是255），则复制源图像的像素到目标图
if (mask.at<uchar>(y, x) != 0) {
dst.at<Vec3b>(y, x) = src.at<Vec3b>(y, x);
}
}
}
}
遍历像素，与掩码图像对比，如果不是黑色，说明是ROI区域，将像素替换到准备好的纯色背景上面。就完成了背景换色
效果如下：
完整代码
1.C++纯手写版
//将非背景色像素移到事先准备好的背景上
void customCopyTo(const Mat& src, Mat& dst, const Mat& mask) {
// 确保源图像和掩码图像的大小一致
if (src.size() != dst.size() || src.size() != mask.size()) {
throw std::invalid_argument("Size of src, dst, and mask must be the same");
}
// 遍历图像的每个像素
for (int y = 0; y < src.rows; y++) {
for (int x = 0; x < src.cols; x++) {
// 如果掩码中的值为非零（通常是255），则复制源图像的像素到目标图像
if (mask.at<uchar>(y, x) != 0) {
dst.at<Vec3b>(y, x) = src.at<Vec3b>(y, x);
}
}
}
}
// 根据范围创建 掩码图像 二值化图像
void customInRange(const Mat& src, Scalar lowerBound, Scalar upperBound, Mat& dst) {
// 创建与源图像大小相同的掩码图像
dst = Mat::zeros(src.size(), CV_8UC1);
// 遍历图像的每个像素
for (int y = 0; y < src.rows; y++) {
for (int x = 0; x < src.cols; x++) {
Vec3b pixel = src.at<Vec3b>(y, x);
bool inRange = true;
// 检查像素值是否在指定范围内
for (int c = 0; c < 3; c++) {
if (pixel[c] < lowerBound[c] || pixel[c] > upperBound[c]) {
inRange = false;
break;
}
}
// 如果在范围内，设置掩码图像中的对应位置为255
if (inRange) {
dst.at<uchar>(y, x) = 255;
}
}
}
}
void inRange_dmeo(Mat &image){
Mat hsv;
//先将图片转为HSV
cvtColor(image,hsv,COLOR_BGR2HSV);
// 提取左上角像素的HSV值 ,也就是对应底色的值 有利于更好控制提取
Vec3b hsvValue = hsv.at<Vec3b>(0, 0);
cout<<hsvValue<<endl;
Mat mask;
//设置 下限 和上限根据设定的HSV颜色范围 生成一个二值化的掩码（mask），掩码中白色部分表示图像中符合设定颜色范围的部分，黑色部分表示不符合的部分。
customInRange(hsv,Scalar(100,43,46),Scalar(115,225,227),mask);
imshow("mask",mask);
//准备好一个背景颜色 以红色为例
Mat red_background = Mat::zeros(image.size(),image.type());
red_background = Scalar (40,40,200);
//对掩码取反， 黑白颠倒,选择除了背景色的区域 ，也就是欲复制的区域
// bitwise_not(mask,mask);
for (int y = 0; y < mask.rows; ++y) {
for (int x = 0; x < mask.cols; ++x) {
//对每个像素进行取反
mask.at<uchar>(y, x) = 255 - mask.at<uchar>(y, x);
}
}
imshow("bitwise_not mask",mask);
//使用掩码（mask）将输入图像中符合条件的部分复制到红色背景图像上
customCopyTo(image,red_background,mask);
imshow("roi",red_background);
}
2.官方API版本
OpenCV提供了生成掩码，掩码取反，复制非背景色元素到新背景的API 如下，
inRange 根据HSV范围 生成掩码
bitwise_not 掩码取反
copyTo 根据掩码复制到新背景色
void inRange_dmeo(Mat &image){
Mat hsv;
//先将图片转为HSV
cvtColor(image,hsv,COLOR_BGR2HSV);
// 提取左上角像素的HSV值 ,也就是对应底色的值 有利于更好控制提取
Vec3b hsvValue = hsv.at<Vec3b>(0, 0);
cout<<hsvValue<<endl;
Mat mask;
//设置 下限 和上限根据设定的HSV颜色范围 生成一个二值化的掩码（mask），掩码中白色部分表示图像中符合设定颜色范围的部分，黑色部分表示不符合的部分。
inRange(hsv,Scalar(100,43,46),Scalar(115,225,227),mask);
imshow("mask",mask);
//准备好一个背景颜色 以红色为例
Mat red_background = Mat::zeros(image.size(),image.type());
red_background = Scalar (40,40,200);
//对掩码取反， 黑白颠倒,选择除了背景色的区域 ，也就是欲复制的区域
bitwise_not(mask,mask);
imshow("bitwise_not mask",mask);
//使用掩码（mask）将输入图像中符合条件的部分复制到红色背景图像上
image.copyTo(red_background,mask);
imshow("roi",red_background);
}
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