圖像處理基礎(chǔ)：顏色空間及其OpenCV實(shí)現(xiàn)

文章內(nèi)容包括：

• 什么是顏色空間？
• 顏色空間有哪些類別？
• 如何在OpenCV中實(shí)現(xiàn)？

什么是顏色空間？

顏色是一種連續(xù)的現(xiàn)象，它意味著有無數(shù)種顏色。但是，人類的眼睛和感知能力是有限的。所以，為了識(shí)別這些顏色，我們需要一種媒介或這些顏色的表示，這種顏色的表示被稱為色彩空間。在技術(shù)術(shù)語中，一個(gè)顏色模型或顏色空間是一個(gè)特定的3-D坐標(biāo)系統(tǒng)以及該系統(tǒng)中的一個(gè)子空間，其中每一種顏色都由一個(gè)單點(diǎn)表示。

有哪些顏色空間的類型？

目前主要有五種類型的顏色模型。但是，我將只寫一些常見的(RGB、HSV和HSL)。

1. RGB(Red Green Blue)
2. HSL(Hue Saturation Lightness)
3. HSV(Hue Saturation Value)
4. YUV(Luminance, blue–luminance, red–luminance)
5. CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Key)

RGB顏色空間：

RGB顏色空間是三維坐標(biāo)系中紅、綠、藍(lán)坐標(biāo)所表示的著名顏色空間之一。在更專業(yè)的術(shù)語中，RGB將顏色描述為由三個(gè)部分組成的元組。每個(gè)部分都可以取0到255之間的值，其中元組(0,0,0)表示黑色，元組(255,255,255)表示白色。元組的第0、第1和第2個(gè)部分分別表示紅、綠、藍(lán)的分量。

RGB顏色空間的Python實(shí)現(xiàn)：

這里我們導(dǎo)入了必要的庫，cv2用于顏色空間轉(zhuǎn)換，NumPy用于數(shù)組操作，Matplotlib用于顯示圖像，os用于訪問圖像目錄，tqdm用于顯示加載欄。

hsl_img = cv2.cvtColor(X[0],cv2.COLOR_BGR2HLS)  #### CONVERTING BGR COLOR SPACE INTO HSL COLOR SPACE  ####
hsl_img_1 = hsl_img.copy()
hsl_img_2 = hsl_img.copy()
hsl_img_3 = hsl_img.copy()
hsl_img_1[:,:,1] = 0  #### HUE --> ZERO  ####
hsl_img_1[:,:,2] = 0
hsl_img_2[:,:,0] = 0  #### SATURATION --> ZERO ####
hsl_img_2[:,:,2] = 0
hsl_img_3[:,:,0] = 0  #### LIGHTNESS --> ZERO ####
hsl_img_3[:,:,1] = 0

設(shè)置兩個(gè)空列表Z和X，分別用于存儲(chǔ)帶有各自圖像的標(biāo)簽，然后指定圖像大小和路徑目錄。在這之后，我定義了兩個(gè)函數(shù)，用于返回flower類型(assign_lable)和訪問每個(gè)圖像、讀取和調(diào)整其大小(make_train_data)。

Z,X=[],[]
IMG_SIZE=150
FLOWER_SUNFLOWER_DIR='../input/flowers-recognition/flowers/flowers/sunflower'

def assign_label(img,flower_type):
    return flower_type

def make_train_data(flower_type,DIR):
    for img in tqdm(os.listdir(DIR)):
        label=assign_label(img,flower_type)
        path = os.path.join(DIR,img)
        img = cv2.imread(path,cv2.IMREAD_COLOR)
        img = cv2.resize(img, (IMG_SIZE,IMG_SIZE))#Resizing the image

加載圖像，然后在OpenCV以BGR格式讀取圖像時(shí)將BGR顏色空間轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間，但Maplotlib使用RGB格式來顯示圖像。這就是為什么我們需要轉(zhuǎn)換顏色空間后，讀取圖像為RGB。

然后對(duì)固定圖像進(jìn)行三份拷貝，并將每份拷貝的任何雙色通道設(shè)為零，分別用于訪問紅、綠、藍(lán)通道。如果你讓第0個(gè)顏色通道都是0那么你只會(huì)得到藍(lán)色通道。

make_train_data('Sunflower',FLOWER_SUNFLOWER_DIR)  #####Loading Sunflower Data
fix_img = cv2.cvtColor(X[0],cv2.COLOR_BGR2RGB)    ###########CONVERTING BGR COLOR SPACE INTO RGB COLOR SPACE #########
new_img_1 = fix_img.copy() 
new_img_2 = fix_img.copy()
new_img_3 = fix_img.copy()
new_img_1[:,:,0] = 0 # making R channel zero    ####For BLUE channel#####
new_img_1[:,:,1] = 0 #making G channel zero
new_img_2[:,:,1] = 0####For RED color Channel####
new_img_2[:,:,2] = 0
new_img_3[:,:,0] = 0###For GREEN Channel####
new_img_3[:,:,2] = 0

顯示圖像：

f, axes = plt.subplots(1,3, figsize = (15,15))
list = [new_img_1,new_img_2,new_img_3]
i = 0
for ax in axes:
    ax.imshow(list[i])
    i+=1

HSL顏色空間：

HSL的一般含義是色調(diào)、飽和度和明度。你可以將HSL以圓柱體的形式可視化，如圖2(a)所示。圍繞圓柱體的是不同的顏色，比如綠色、黃色、紅色等等(我們真正想要的顏色)。飽和度是指顏色的多少，而明度是指顏色有多暗或多亮。正如你所看到的，圓柱體的頂部全是白色，底部全是黑色。

HSL顏色空間的Python實(shí)現(xiàn)：

使用OpenCV函數(shù)**cvtColor()**將BGR顏色空間轉(zhuǎn)換為HSL顏色空間，在這里我們需要傳遞圖像，以及從哪個(gè)顏色空間到哪個(gè)顏色空間我們想要改變圖像。然后再復(fù)制并使兩個(gè)顏色通道為零，以便分別顯示每個(gè)顏色通道。

hsl_img = cv2.cvtColor(X[0],cv2.COLOR_BGR2HLS)  #### CONVERTING BGR COLOR SPACE INTO HSL COLOR SPACE  ####
hsl_img_1 = hsl_img.copy()
hsl_img_2 = hsl_img.copy()
hsl_img_3 = hsl_img.copy()
hsl_img_1[:,:,1] = 0  #### HUE --> ZERO  ####
hsl_img_1[:,:,2] = 0
hsl_img_2[:,:,0] = 0  #### SATURATION --> ZERO ####
hsl_img_2[:,:,2] = 0
hsl_img_3[:,:,0] = 0  #### LIGHTNESS --> ZERO ####
hsl_img_3[:,:,1] = 0

現(xiàn)在顯示三個(gè)不同的顏色通道→

f, axes = plt.subplots(1,3, figsize = (15,15))
list = [hsl_img_1,hsl_img_2,hsl_img_3]
i = 0
for ax in axes:
    ax.imshow(list[i])
    i+=1

HSV顏色空間：

HSV這個(gè)名字來自于顏色模型的三個(gè)坐標(biāo)，即色相、飽和度和值。它也是一個(gè)圓柱形的顏色模型，圓柱體的半徑表示飽和度，垂直軸表示值，角度表示色調(diào)。對(duì)于觀察者，色調(diào)是占主導(dǎo)地位的，飽和度是混合到色調(diào)中的白光的數(shù)量，value是chrome的強(qiáng)度，value較低顏色變得更加類似于黑色，value越高，顏色變得更加像顏色本身。通過改變這些參數(shù)，我們可以生成不同的顏色。

HSV顏色空間的Python實(shí)現(xiàn)：

使用cvtColor()函數(shù)將色彩空間轉(zhuǎn)換為HSV色彩空間。然后再復(fù)制并使兩個(gè)通道置為零，以便分別顯示每個(gè)通道。

hsv_img = cv2.cvtColor(X[0],cv2.COLOR_BGR2HSV)
hsv_img_1 = hsv_img.copy()
hsv_img_2 = hsv_img.copy()
hsv_img_3 = hsv_img.copy()
hsv_img_1[:,:,1] = 0#HUE --> ZERO
hsv_img_1[:,:,2] = 0
hsv_img_2[:,:,0] = 0#SATURATION --> ZERO
hsv_img_2[:,:,2] = 0
hsv_img_3[:,:,0] = 0#VALUE --> ZERO
hsv_img_3[:,:,1] = 0

單獨(dú)顯示每個(gè)顏色通道：