OpenCV颜色识别

港控/mmm° 2022-07-29 10:39 226阅读 0赞

## 彩色模型 ##

数字图像处理中常用的采用模型是RGB（红，绿，蓝）模型和HSV（色调，饱和度，亮度），RGB广泛应用于彩色监视器和彩色视频摄像机，我们平时的图片一般都是RGB模型。而HSV模型更符合人描述和解释颜色的方式，HSV的彩色描述对人来说是自然且非常直观的。

## HSV模型 ##

HSV模型中颜色的参数分别是：色调（H：hue），饱和度（S：saturation），亮度（V：value）。由A. R. Smith在1978年创建的一种颜色空间, 也称六角锥体模型(Hexcone Model)。

*  色调（H：hue）：用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。它们的补色是：黄色为60°，青色为180°,品红为300°；
 *  饱和度（S：saturation）：取值范围为0.0～1.0，值越大，颜色越饱和。
 *  亮度（V：value）：取值范围为0(黑色)～255(白色)。

## RGB转HSV ##

设 (r, g, b) 分别是一个颜色的红、绿和蓝坐标，它们的值是在 0 到 1 之间的实数。设 max 等价于 r, g 和 b 中的最大者。设 min 等于这些值中的最小者。要找到在 HSV 空间中的 (h, s, v) 值，这里的 h ∈ \[0, 360）是角度的色相角，而 s, v ∈ \[0,1\] 是饱和度和亮度，计算为：

max=max(R,G,B) 
    min=min(R,G,B) 
    if R = max, H = (G-B)/(max-min) 
    if G = max, H = 2 + (B-R)/(max-min) 
    if B = max, H = 4 + (R-G)/(max-min) 
    
    H = H * 60 
    if H < 0, H = H + 360 
    
    V=max(R,G,B) 
    S=(max-min)/max

OpenCV下有个函数可以直接将RGB模型转换为HSV模型，注意的是OpenCV中H∈ \[0, 180）， S ∈ \[0, 255\]， V ∈ \[0, 255\]。我们知道H分量基本能表示一个物体的颜色，但是S和V的取值也要在一定范围内，因为S代表的是H所表示的那个颜色和白色的混合程度，也就说S越小，颜色越发白，也就是越浅；V代表的是H所表示的那个颜色和黑色的混合程度，也就说V越小，颜色越发黑。经过实验，识别蓝色的取值是 H在100到140，S和V都在90到255之间。一些基本的颜色H的取值可以如下设置：

Orange  0-22
    Yellow 22- 38
    Green 38-75
    Blue 75-130
    Violet 130-160
    Red 160-179

OpenCV实现

首先我们读取一张图片或从视频读取一帧图像，用下面的函数转为HSV模型。

cvtColor(imgOriginal, imgHSV, COLOR_BGR2HSV);

然后我们对彩色图像做直方图均衡化

//因为我们读取的是彩色图，直方图均衡化需要在HSV空间做
       split(imgHSV, hsvSplit);
       equalizeHist(hsvSplit[2],hsvSplit[2]);
       merge(hsvSplit,imgHSV);

接着就是进行颜色检测，我们用void inRange(InputArray src, InputArray lowerb, InputArray upperb, OutputArray dst);函数进行颜色检测，这个函数的作用就是检测src图像的每一个像素是不是在lowerb和upperb之间，如果是，这个像素就设置为255，并保存在dst图像中，否则为0。

inRange(imgHSV, Scalar(iLowH, iLowS, iLowV), Scalar(iHighH, iHighS, iHighV), imgThresholded); //Threshold the image

通过上面的函数我们就可以得到目标颜色的二值图像，接着我们先对二值图像进行开操作，删除一些零零星星的噪点，再使用闭操作，连接一些连通域，也就是删除一些目标区域的白色的洞。

//开操作 (去除一些噪点)
       Mat element = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(5, 5));
       morphologyEx(imgThresholded, imgThresholded, MORPH_OPEN, element);
    
       //闭操作 (连接一些连通域)
       morphologyEx(imgThresholded, imgThresholded, MORPH_CLOSE, element);

整个代码实现

#include <iostream>
    #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    
    using namespace cv;
    using namespace std;
    
     int main( int argc, char** argv )
     {
        VideoCapture cap(0); //capture the video from web cam
    
        if ( !cap.isOpened() )  // if not success, exit program
        {
             cout << "Cannot open the web cam" << endl;
             return -1;
        }
    
      namedWindow("Control", CV_WINDOW_AUTOSIZE); //create a window called "Control"
    
      int iLowH = 100;
      int iHighH = 140;
    
      int iLowS = 90; 
      int iHighS = 255;
    
      int iLowV = 90;
      int iHighV = 255;
    
      //Create trackbars in "Control" window
      cvCreateTrackbar("LowH", "Control", &iLowH, 179); //Hue (0 - 179)
      cvCreateTrackbar("HighH", "Control", &iHighH, 179);
    
      cvCreateTrackbar("LowS", "Control", &iLowS, 255); //Saturation (0 - 255)
      cvCreateTrackbar("HighS", "Control", &iHighS, 255);
    
      cvCreateTrackbar("LowV", "Control", &iLowV, 255); //Value (0 - 255)
      cvCreateTrackbar("HighV", "Control", &iHighV, 255);
    
        while (true)
        {
            Mat imgOriginal;
    
            bool bSuccess = cap.read(imgOriginal); // read a new frame from video
    
             if (!bSuccess) //if not success, break loop
            {
                 cout << "Cannot read a frame from video stream" << endl;
                 break;
            }
    
       Mat imgHSV;
       vector<Mat> hsvSplit;
       cvtColor(imgOriginal, imgHSV, COLOR_BGR2HSV); //Convert the captured frame from BGR to HSV
    
       //因为我们读取的是彩色图，直方图均衡化需要在HSV空间做
       split(imgHSV, hsvSplit);
       equalizeHist(hsvSplit[2],hsvSplit[2]);
       merge(hsvSplit,imgHSV);
       Mat imgThresholded;
    
       inRange(imgHSV, Scalar(iLowH, iLowS, iLowV), Scalar(iHighH, iHighS, iHighV), imgThresholded); //Threshold the image
    
       //开操作 (去除一些噪点)
       Mat element = getStructuringElement(MORPH_RECT, Size(5, 5));
       morphologyEx(imgThresholded, imgThresholded, MORPH_OPEN, element);
    
       //闭操作 (连接一些连通域)
       morphologyEx(imgThresholded, imgThresholded, MORPH_CLOSE, element);
    
       imshow("Thresholded Image", imgThresholded); //show the thresholded image
       imshow("Original", imgOriginal); //show the original image
    
       char key = (char) waitKey(300);
       if(key == 27)
             break;
        }
    
       return 0;
    
    }

实验结果图：

![Center][]

颜色识别的经典应用是车牌识别

[Center]: /images/20220728/fcd48eb2a0a2450b948efd96a6dafee2.png