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直方圖基礎(chǔ)講解：
opencv學習筆記21：直方圖和掩膜 原理及其應用

圖像直方圖

numpy實現(xiàn)
函數(shù)：hist(數(shù)據(jù)源，像素級）
數(shù)據(jù)源：圖像，必須是一維數(shù)組
像素級：一般是256，指[0-255]
np.raval()可以實現(xiàn)多維數(shù)組轉(zhuǎn)一維。

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef plot_demo(image):plt.hist(image.ravel(),256,[0,256])# plt.hist(image.ravel(),256)#兩種寫法都對plt.show() print("--------- Hello Python ---------") src = cv.imread("fangye.jpg") cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src)plot_demo(src) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

OpenCV實現(xiàn)

hist=cv2.calcHist(images,channels,mask,histsize,ranges,accumulate)
hist:直方圖
images:原始圖像,格式[src]，需要用中括號括起來
channels:通道,灰色直接[0]，BGR對應[0],[1],[2]
mask:掩碼圖像。如果一個圖很大，需要計算部分圖的直方圖，需要掩碼。
histsize:BINS的數(shù)量，需要用中括號括起來。一般是[256]
ranges:像素值范圍,一般[0,255]
accumulate:累積標識。可選參數(shù)、默認false,設(shè)為true為計算好幾幅圖的直方圖。

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef image_hist(image):color = ('blue', 'green', 'red')for i, color in enumerate(color):hist = cv.calcHist([image], [i], None, [256], [0, 256])plt.plot(hist, color=color)plt.xlim([0, 256])plt.show() print("--------- Hello Python ---------") src = cv.imread("renwu.jpg") cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src)image_hist(src) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

圖像來源于網(wǎng)圖。
圖像的主要特征來源于波峰。

圖像直方圖應用

1全局直方圖均衡化
直方圖均衡化都是基于灰色圖
原理見上面提到的基礎(chǔ)鏈接
效果：使對比圖增強

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef equalHist_demo(image):gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2GRAY)dst = cv.equalizeHist(gray)cv.imshow("equalHist_demo", dst) print("--------- Hello Python ---------") src = cv.imread("renwu.jpg") src=cv.resize(src,None,fx=0.5,fy=0.5) cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src)equalHist_demo(src) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

2局部直方圖均衡化
局部自適應的圖像直方圖均衡化
自適應直方圖均衡化(AHE)是用來提升圖像的對比度的一種計算機圖像處理技術(shù)。和普通的直方圖均衡算法不同，AHE算法通過計算圖像的局部直方圖，然后重新分布亮度來改變圖像對比度。因此，該算法更適合于改進圖像的局部對比度以及獲得更多的圖像細節(jié)。

不過，AHE有過度放大圖像中相同區(qū)域的噪音的問題，另外一種自適應的直方圖均衡算法即限制對比度直方圖均衡（CLAHE）算法能有限的限制這種不利的放大。

cv2.createCLAHE(clipLimit=5.0, tileGridSize=(8, 8))
第一個參數(shù)的意義是那一小部分的直方圖大于clipLimit的部分將被剪裁掉平均分配 給整個圖像；第二個參數(shù)的意義是 所分小區(qū)域的大小。一般的clipLimit設(shè)置的值是40，自定義的話值越大均化的效果越顯著，值越接近零，就和原圖像沒什么區(qū)別，
原理圖：

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef clahe_demo(image):gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2GRAY)clahe = cv.createCLAHE(clipLimit=3.0, tileGridSize=(5, 5))dst = clahe.apply(gray)cv.imshow("clahe_demo", dst) print("--------- Hello Python ---------") src = cv.imread("renwu1.jpg") src=cv.resize(src,None,fx=0.6,fy=0.6) cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src)clahe_demo(src) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

直方圖比較

對輸入的兩張圖像計算得到直方圖H1與H2，歸一化到相同的尺度空間，然后可以通過計算H1與H2的之間的距離得到兩個直方圖的相似程度進而比較圖像本身的相似程度。
直方圖比較函數(shù)

cv2.compareHist(H1, H2, method)
其中：

H1，H2 分別為要比較圖像的直方圖
method - 比較方式
比較方式（method）

相關(guān)性比較 (method=cv.HISTCMP_CORREL) 值越大，相關(guān)度越高，最大值 為1，最小值為0
卡方比較(method=cv.HISTCMP_CHISQR 值越小，相關(guān)度越高，最大值無上界，最小值0
巴氏距離比較(method=cv.HISTCMP_BHATTACHARYYA) 值越小，相關(guān)度越高，最大值為1，最小值為0

import cv2 as cv import numpy as np#rgb直方圖 def create_rgb_hist(image):h, w, c = image.shapergbHist = np.zeros([16*16*16, 1], np.float32)#直方圖初始化bsize = 256 / 16for row in range(h):for col in range(w):b = image[row, col, 0]g = image[row, col, 1]r = image[row, col, 2]index = np.int(b/bsize)*16*16 + np.int(g/bsize)*16 + np.int(r/bsize)rgbHist[np.int(index), 0] = rgbHist[np.int(index), 0] + 1#出現(xiàn)了就加1return rgbHist#比較函數(shù) def hist_compare(image1, image2):hist1 = create_rgb_hist(image1)hist2 = create_rgb_hist(image2)match1 = cv.compareHist(hist1, hist2, cv.HISTCMP_BHATTACHARYYA)#比較方法1，越小越相似match2 = cv.compareHist(hist1, hist2, cv.HISTCMP_CORREL)#相關(guān)性越大越相似match3 = cv.compareHist(hist1, hist2, cv.HISTCMP_CHISQR)#卡方越大約不相似print("巴氏距離: %s, 相關(guān)性: %s, 卡方: %s"%(match1, match2, match3))print("--------- Hello Python ---------") src1 = cv.imread("renwu1.jpg") src2 = cv.imread("renwu.jpg") src1=cv.resize(src1,None,fx=0.5,fy=0.5) src2=cv.resize(src2,None,fx=0.5,fy=0.5) cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src1) cv.imshow("image2", src2) hist_compare(src1, src2) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

輸入兩張完全一樣圖片
結(jié)果

直方圖反向投影

直方圖反向投影式通過給定的直方圖信息，在圖像找到相應的像素分布區(qū)域，opencv提供兩種算法，一個是基于像素的，一個是基于塊的。

2D直方圖建立
直方圖是基于2D的，首先先計算2D直方圖建立。

使用函數(shù) cv2.calcHist() 來計算直方圖既簡單又方便。如果要繪制顏色直方圖的話，首先需要將圖像的顏色空間從 BGR 轉(zhuǎn)換到 HSV。（記住，計算二維直方圖，要從 BGR 轉(zhuǎn)換到 HSV）。計算 2D 直方圖，函數(shù)的參數(shù)要做如下修改：
? channels=[0， 1] 因為我們需要同時處理 H 和 S 兩個通道。
? bins=[180， 256]H 通道為 180， S 通道為 256。 如果寫其他數(shù)值（小于180,256）則表示是通道合并。
? range=[0， 180， 0， 256]H 的取值范圍在 0 到 180， S 的取值范圍在 0 到 256。
hist = cv2.calcHist([image], [0, 1], None, [32, 32], [0, 180, 0, 256])

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef hist2d_demo(image):hsv = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2HSV)hist = cv.calcHist([image], [0, 1], None, [180, 256], [0, 180, 0, 256])#cv.imshow("hist2d", hist)plt.imshow(hist, interpolation='nearest')#nearest鄰近點插值plt.title("2D Histogram")plt.show() print("--------- Hello Python ---------") src = cv.imread("yangmi.jpg") src=cv.resize(src,None,fx=0.5,fy=0.5) #hist2d_demo(src) cv.namedWindow("input image", cv.WINDOW_AUTOSIZE) cv.imshow("input image", src) hist2d_demo(src) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows()

直方圖反向投影
此段代碼有借鑒他人

import cv2 as cv import numpy as np from matplotlib import pyplot as pltdef back_projection_demo():# ROI區(qū)域roi= cv.imread("head.png")#roi=cv.resize(roi,None,fx=0.5,fy=0.5)#目標搜索區(qū)域target = cv.imread("renwu.jpg")target= cv.resize(target, None, fx=0.2, fy=0.2)roi_hsv = cv.cvtColor(roi, cv.COLOR_BGR2HSV)target_hsv = cv.cvtColor(target, cv.COLOR_BGR2HSV)# show imagescv.imshow("roi", roi)#cv.imshow("target", target)roiHist = cv.calcHist([roi_hsv], [0, 1], None, [180,256], [0, 180, 0, 256])#2D直方圖cv.normalize(roiHist, roiHist, 0, 255, cv.NORM_MINMAX)#歸一化到0-255dst = cv.calcBackProject([target_hsv], [0, 1], roiHist, [0, 180, 0, 256], 1)#cv.imshow("backProjectionDemo", dst)# 此處卷積可以把分散的點連在一起disc = cv.getStructuringElement(cv.MORPH_ELLIPSE, (5, 5))dst = cv.filter2D(dst, -1, disc)# threshold and binary ANDret, thresh = cv.threshold(dst, 200, 255, 0)# 別忘了是三通道圖像，因此這里使用 merge 變成 3 通道thresh = cv.merge((thresh, thresh, thresh))# 按位操作res = cv.bitwise_and(target, thresh)res = np.hstack((target, thresh, res))cv.imshow('res',res)#cv.imwrite('res.jpg', res)back_projection_demo() cv.waitKey(0)cv.destroyAllWindows()

原始模板ROI

即從目標圖尋找和模板相似的區(qū)域（直方圖相似）
結(jié)果：

要修改 ret, thresh = cv.threshold(dst, 200, 255, 0) 數(shù)值才能得到更好。

電氣專業(yè)的計算機萌新，寫博文不容易。如果你覺得本文對你有用，請點個贊再走。謝謝。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的opencv进阶学习笔记7：直方图，直方图均衡化，直方图比较，直方图反向投影的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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