圖像色彩空間與應(yīng)用轉(zhuǎn)換

重新寫了一下圖像色彩空間相關(guān)的知識，希望給大家多一點背景多點了解，不說別的，看完了肯定會漲知識。

圖像處理最基礎(chǔ)的知識點之一就是圖像色彩跟顏色模型，對計算機來說表示一張圖

像，只是一些零壹的二進制值，但是對人眼來說看到的都是一些可見光，而且人眼只對三種可見光比較敏感，分別是紅色(red)、綠色(green)、藍色(blue)。這個就是最基本的RGB顏色模型，三種顏色的波長范圍表示如下：

Blue: 450–495 nmGreen: 495–570 nmYellow: 570–590 nm

針對人眼對顏色這個物理現(xiàn)象的生物感知表達模型，國際照明協(xié)會在1931年發(fā)布了一個顏色模型/色彩空間，表示如下：

因此就出現(xiàn)了對應(yīng)顏色模型的色彩空間CIE XYZ模型，對于的表示色度跟亮度表示，圖示如下：

從這個上面看不到Z，其實Z是表示顏色得亮度，或者深度，所以CIE XYZ顏色模型的這個圖又被稱為CIE 色度圖。CIE XYZ顏色模型表示的范圍比較大，所以后來微軟跟惠普就提出了一個它的子集的顏色模型sRGB色彩空間，其中S是英文單詞標準的首字母，sRGB色彩空間的表示如下：

上面的黑色三角形區(qū)域就稱為sRGB色彩空間，被廣泛應(yīng)用在個人電腦顯示器、打印機、數(shù)碼相機中，占據(jù)了大量市場份額、到了90年代的時候Adobe公司提出了一個新RGB色彩空間模型Adobe RGB色彩空間，它比sRGB色彩空間有更大的取值范圍，因此色彩更加細膩更加豐富，它的色彩空間圖示如下：

從圖中可以看成Adobe RGB色彩空間是比sRGB色彩空間大的，但是這個也有缺陷，就是不同色彩空間生成的彩色圖像，在不同的設(shè)備上顯示或者瀏覽會出現(xiàn)色差，為了解決這個問題，需要對不同色彩空間之間建立轉(zhuǎn)換模型，實現(xiàn)不同色彩空間模型的轉(zhuǎn)。后來RGB色彩空間就被大家玩壞了，現(xiàn)在常用的RGB色彩空間如下：

其中值得關(guān)注的部分是sRGB跟CMYK之間的相互轉(zhuǎn)換，這個轉(zhuǎn)換之后會導致很明顯的色彩差異，原因在于CMYK色彩空間又一部分不在sRGB內(nèi)部，所以這種情況下，需要對RGB色彩空間進行非線性變換，獲得顏色補償。原因在于多數(shù)商業(yè)打印機都是基于四色(Cyan, Yellow, Magenta and Black)，無法打印一些sRGB范圍的顏色，所以必須進行非線性變換跟補償。這個其中最常見的就是Gamma校正。

RGB色彩空間比較豐富，但是它也是有缺點的，最大的缺點就是無法直觀的區(qū)分圖像顏色、亮度、飽和度等值。所以我們需要一些更加直觀的圖像色彩空間，排在第一位的就是HSV色彩空間，它直觀，容易理解，因此在圖像處理非常有用。

HSV色彩空間

RGB立方圖色彩空間無法很好區(qū)分顏色與亮度的關(guān)系，要單獨調(diào)整顏色或者亮度不是很方便，這個時候HSV色彩空間是一個很好的選擇，它對顏色與亮度有著很好的區(qū)分度，HSV色彩空間圖示如下：

解釋如下：

• H(Hue) 表示顏色通道，不同的值表示不同的顏色范圍

• S表示飽和度通道，表示色澤

• V表示亮度通道，代表圖像亮度高低級別

在H、S、V通道上對圖像亮度跟顏色或者飽和度的調(diào)整就非常方便了，另外對一些特定的顏色值進行分離也比較方便了。

YCrCb色彩空間

YCrCb色彩空間被開發(fā)作為當時的數(shù)字分量視頻的標準，它跟YUV色彩空間有著一定相似性，它的三個通道的取值范圍分別被定義為:

• Y通道：16~235

• Cr通道：16~240

• Cb通道：16~240

需要特別注意的是，RGB到Y(jié)CrCb的色彩空間轉(zhuǎn)換時候，不同的YCrCb色彩空間標準會有不同，下面標清電視跟高清電視上YCrCb的色彩差異：

很顯然它們的轉(zhuǎn)換公式也會有所不同，所以千萬不用看到不同轉(zhuǎn)換公式就大驚小怪的！

LAB色彩空間

LAB色彩空間又名CIE Lab / LAB，它的圖示如下：

其中：

• L通道表示亮度值

• A通道表示紅色/綠色值

• B通道表示藍色/黃色值

在LAB色彩空間，L表示亮度分量、AB表示顏色通道，所以有時候LAB色彩空間處理圖像也會必RGB色彩空間好用，會有意想不到的好結(jié)果。

OpenCV色彩空間相互轉(zhuǎn)換與操作的函數(shù)主要有兩個，其中支持色彩空間轉(zhuǎn)換的函數(shù)為：

void cv::cvtColor(InputArray src,OutputArray dst,int   code,int   dstCn = 0)

參數(shù)解釋如下

• src 表示輸入圖像

• dst 表示輸出圖像

• code 表示空間轉(zhuǎn)換代碼，支持常見的各種色彩空間轉(zhuǎn)換

從色彩空間中提取不同色顏色值函數(shù)：

void cv::inRange(InputArray src,InputArray      lowerb,InputArray      upperb,OutputArray   dst)

參數(shù)解釋如下：

• src是輸入圖像

• lowerb是取值范圍最小值

• upperb是取值范圍最大值

• dst是輸出的mask圖像，二值的

一個例子，綠色背景對象上前景對象提取，先看一下效果：

相關(guān)代碼如下：

 1#include?
 2#include?
 3
 4using?namespace?cv;
 5using?namespace?std;
 6
 7int?main(int?argc,?const?char?*argv[])
 8{
 9????Mat?src?=?imread("D:/vcprojects/images/cat.jpg");
10????if?(src.empty())?{
11????????printf("could?not?load?image...\n");
12????????return?-1;
13????}
14????namedWindow("input",?WINDOW_AUTOSIZE);
15????imshow("input",?src);
16
17????//?RGB?to?HSV
18????Mat?hsv;
19????cvtColor(src,?hsv,?COLOR_BGR2HSV);
20????imshow("hsv",?hsv);
21
22????//?RGB?to?YUV
23????Mat?yuv;
24????cvtColor(src,?yuv,?COLOR_BGR2YUV);
25????imshow("yuv",?yuv);
26
27????//?RGB?to?YUV
28????Mat?ycrcb;
29????cvtColor(src,?ycrcb,?COLOR_BGR2YCrCb);
30????imshow("ycrcb",?ycrcb);
31
32????Mat?src2?=?imread("D:/javaopencv/tinygreen.png");
33????imshow("src2",?src2);
34????cvtColor(src2,?hsv,?COLOR_BGR2HSV);
35????Mat?mask;
36????inRange(hsv,?Scalar(35,?43,?46),?Scalar(99,?255,?255),?mask);
37????imshow("mask",?mask);
38
39????waitKey(0);
40????return?0;
41}