基于 OpenCV 与 Java 两个语言版本实现获取某一图片特定区域的颜色对比度

Bertha 。 2024-03-26 18:40 73阅读 0赞

#### 本文目录 ####

*  一、什么是对比度
 *  二、什么是颜色直方图
 *  三、如何通过RGB计算颜色对比度
 *   *  什么是HSV、Lab颜色空间
 *  四、OpenCV代码
 *  五、Java代码
 *   *  5.1 平滑处理
     *  5.2 完整代码

## 一、什么是对比度 ##

对比度是指图像中不同区域之间的明暗差异程度，它是图像质量中的重要指标之一。除了颜色对比度之外，常见的对比度包括：

1、亮度对比度（Brightness Contrast）：指图像中不同区域之间的亮度差异程度。计算方法可以使用像素灰度值的标准差或方差来描述。

2、方向对比度（Orientation Contrast）：指图像中不同方向区域之间的差异程度。例如，某些图像中有明显的纹理或线条方向，可以通过计算不同方向的图像灰度值差异来描述图像的方向对比度。

3、空间对比度（Spatial Contrast）：指图像中不同空间区域之间的差异程度。例如，在自然风光图像中，不同区域的颜色和纹理通常具有空间分布特性，可以通过计算局部对比度来描述这种特性。

4、颜色对比度是指图像中不同颜色区域之间的明显差异程度。在计算机视觉和图像处理中，颜色对比度通常用于描述彩色图像中不同区域之间的颜色差异，可以通过计算颜色空间中的颜色距离来度量。

这些对比度指标通常可以用于图像质量评价、图像增强和图像分割等领域。其中，颜色对比度和亮度对比度是最常用的对比度指标。

## 二、什么是颜色直方图 ##

颜色直方图是一种描述图像中颜色分布情况的统计方法。它可以将图像中每个像素的颜色按照一定的规则进行分组，并计算出每个颜色组中包含的像素数量，最终得到一个表示颜色分布的直方图。

通常情况下，颜色直方图是针对彩色图像中的每个颜色通道（如红色、绿色、蓝色）分别计算的，因此可以得到三个独立的直方图。这些直方图可以用来描述图像中的颜色分布情况，比如哪些颜色比较常见、哪些颜色比较稀少等等。

颜色直方图在计算机视觉领域有广泛的应用，例如图像检索、目标识别、图像分割、图像增强等等。

## 三、如何通过RGB计算颜色对比度 ##

计算RGB图像的颜色对比度，可以使用颜色直方图的方法。以下是基于RGB颜色空间计算颜色对比度的方法：

1、将RGB图像转换为灰度图像。  
2、计算灰度图像的颜色直方图。  
3、将颜色直方图进行归一化，即将所有的像素值缩放到0-1之间。  
4、计算颜色对比度，通常使用方差（Variance）的计算方法，其公式如下：  
![在这里插入图片描述][ecce1ae6238640f0aa2209bb6088c2fc.png]

其中， N N N表示颜色直方图的总大小， p i p\_i pi表示第 i i i个像素的归一化值， p ˉ \\bar\{p\} pˉ表示所有像素的平均归一化值。

这样就可以通过RGB颜色空间计算颜色对比度了。需要注意的是，RGB颜色空间的颜色对比度计算方法只适用于灰度图像，如果需要计算彩色图像的颜色对比度，则需要先将图像转换到HSV或Lab颜色空间，再进行计算。

### 什么是HSV、Lab颜色空间 ###

HSV和Lab颜色空间是两种常用的颜色模型，它们分别描述了颜色的色相、饱和度、亮度和颜色的明暗、红绿蓝等属性，可以用于图像处理和计算机视觉等领域。

HSV颜色空间（Hue, Saturation, Value）是一种基于人类视觉感知的颜色模型，其中色相（Hue）表示颜色的色调，取值范围为0-360度；饱和度（Saturation）表示颜色的鲜艳程度，取值范围为0-1；亮度（Value）表示颜色的明暗程度，取值范围为0~1。HSV颜色空间可以通过RGB颜色空间转换得到，其优点是可以方便地调整图像的颜色和亮度，例如可以通过改变亮度值来实现图像的调整和增强。

Lab颜色空间（Lab\*）是一种用于描述颜色的三维空间，其中L表示明度（Lightness），取值范围为0100；a表示从红色到绿色的颜色值，取值范围为-128-127；b表示从黄色到蓝色的颜色值，取值范围为-128~127。Lab颜色空间是一种与设备无关的颜色模型，可以描述出更广泛的颜色范围，适用于图像处理、颜色匹配和图像检索等领域。在计算Lab颜色空间中颜色距离时，通常使用CIEDE2000色差公式计算，可以更好地匹配人眼的视觉感知。

HSV和Lab颜色空间在不同的领域中有不同的应用，例如在计算机视觉中，可以使用HSV颜色空间进行目标检测和跟踪，使用Lab颜色空间进行图像匹配和检索。

GB、HSV和Lab颜色空间都是用于描述彩色图像的颜色模型，而灰度图像则是一种仅包含亮度信息的图像。

在灰度图像中，每个像素仅包含一个灰度值，表示该像素的亮度信息，通常取值范围为0~255，其中0表示黑色，255表示白色，其它数值表示不同亮度级别的灰色。因此，灰度图像中的每个像素可以用一个单独的字节表示，所以灰度图像具有较小的存储空间和计算成本。

相比之下，彩色图像需要存储RGB、HSV或Lab三个通道中的每个像素值，因此需要更大的存储空间和计算成本。但是，彩色图像包含了更丰富的颜色信息，可以更好地反映图像的色彩和亮度变化。在某些领域，如计算机视觉、图像处理和医学图像等，彩色图像比灰度图像更适合用于分析和处理。

总之，灰度图像只包含亮度信息，而彩色图像则包含颜色和亮度信息，彩色图像可以更好地反映图像的色彩和亮度变化，但需要更大的存储空间和计算成本。

## 四、OpenCV代码 ##

import cv2
    import numpy as np
    
    def get_contrast(img, x1, y1, x2, y2):
        # 获取选定区域的颜色直方图
        roi = img[y1:y2, x1:x2]
        hist = cv2.calcHist([roi], [0], None, [256], [0, 256])
    
        # 计算颜色对比度
        hist_norm = cv2.normalize(hist, None, alpha=0, beta=1, norm_type=cv2.NORM_MINMAX)
        contrast = np.sum((hist_norm - np.mean(hist_norm)) ** 2) / len(hist_norm)
    
        return contrast
    
    # 读取图片
    img = cv2.imread("image.jpg")
    
    # 显示图片，用户可以用鼠标在图片上选择区域
    cv2.imshow("image", img)
    rect = cv2.selectROI("image", img, False)
    cv2.destroyAllWindows()
    
    # 计算选定区域的颜色对比度
    x1, y1, w, h = rect
    x2, y2 = x1 + w, y1 + h
    contrast = get_contrast(img, x1, y1, x2, y2)
    
    # 输出结果
    print("选定区域的颜色对比度为：", contrast)

这个程序首先使用cv2.imread()函数读取输入的图片，然后使用cv2.selectROI()函数让用户在图片上选择感兴趣的区域。选定区域后，程序调用get\_contrast()函数计算该区域的颜色对比度。最后，程序输出结果。get\_contrast()函数中，我们使用cv2.calcHist()函数计算选定区域的颜色直方图，然后计算颜色对比度。

## 五、Java代码 ##

### 5.1 平滑处理 ###

平滑化处理，也称为平滑滤波，是一种常见的图像处理技术，主要用于减少图像中的噪声、平滑图像、模糊化图像等。该方法的基本思路是通过对图像中每个像素周围的邻域像素进行加权平均来降低图像中的高频成分，从而使图像变得更加平滑、连续，减少噪声对图像的影响。

在平滑化处理中，常用的方法包括均值滤波、高斯滤波、中值滤波等。这些方法的具体实现方式不同，但都能有效地减少图像中的噪声，并使图像变得更加平滑，从而方便后续的图像处理操作。

### 5.2 完整代码 ###

try {
        
        File file = new File("image.jpg");
        BufferedImage image = ImageIO.read(file);
        int width = image.getWidth();
        int height = image.getHeight();
        int minx = image.getMinX();
        int miny = image.getMinY();
        // 首先读入图片，然后指定区域。
        
        System.out.println("width=" + width + ", height=" + height + ".");
        System.out.println("minx=" + minx + ", miny=" + miny + ".");
        
        for (int i = minx; i < width; i += 5) {
        
            flag = 1;
            for (int j = miny; j < height; j += 1) {
        
                flag = 1;
                int pixel = image.getRGB(i, j);
                int r1 = (pixel & 0xff0000) >> 16;
                int g1 = (pixel & 0xff00) >> 8;
                int b1 = (pixel & 0xff);
                // System.out.println(i+"=i,"+j+"=j,("+rgb1[0]+","+rgb1[1]+","+rgb1[2]+")");
                // 获取每个像素点的RGB。
            }
        }
    } catch (IOException e) {
        
        e.printStackTrace();
    }
    
    public double luminanace(int r, int g, int b) {
        
        double[] a = {
        r / 255.0, g / 255.0, b / 255.0};
        for (int i = 0; i < a.length; i++) {
        
            a[i] = a[i] <= 0.03928 ? a[i] / 12.92 : Math.pow((a[i] + 0.055) / 1.055, 2.4);
        }
        return a[0] * 0.2126 + a[1] * 0.7152 + a[2] * 0.0722;
    }
    
    public double getContrast(BufferedImage image, int x1, int y1, int x2, int y2) {
        
        int pixel1 = image.getRGB(x1, y1);
        int r1 = (pixel1 & 0xff0000) >> 16;
        int g1 = (pixel1 & 0xff00) >> 8;
        int b1 = (pixel1 & 0xff);
    
        int pixel2 = image.getRGB(x2, y2);
        int r2 = (pixel2 & 0xff0000) >> 16;
        int g2 = (pixel2 & 0xff00) >> 8;
        int b2 = (pixel2 & 0xff);
    
        double lum1 = luminanace(r1, g1, b1);
        double lum2 = luminanace(r2, g2, b2);
    
        double brightest = Math.max(lum1, lum2);
        double darkest = Math.min(lum1, lum2);
    
        return (brightest + 0.05) / (darkest + 0.05);
    }

这段代码是计算颜色对比度的公式。其中，luminance(r,g,b)是将RGB颜色空间下的颜色值转换为亮度值，采用的是sRGB彩色空间中的标准转换公式。对于每个颜色通道的值r、g、b，首先将它们归一化到0~1的范围内，然后根据其大小关系，采用不同的公式进行转换。最终将R、G、B三个通道的亮度值按一定的比例相加，得到一个灰度值，表示该像素的亮度信息。

接下来，代码中使用了亮度值计算颜色对比度的公式，即将两个像素的亮度值进行比较，得到最亮的和最暗的像素的亮度值，并计算它们的比值，用来表示颜色对比度的强弱程度。其中，为了防止计算过程中出现0的情况，加上了一个较小的常数0.05作为平滑处理。

[ecce1ae6238640f0aa2209bb6088c2fc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/bc07310a7de54b96996041af2682648d.png