opencv 7 直方图与匹配

图像直方图概述

直方图的计算与绘制

计算直方图：calcHist（）函数

找寻最值：minMaxLoc（）函数

示例程序：绘制H-S直方图

#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
using namespace cv;

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】-----------------------------
//		 描述：输出一些帮助信息
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void ShowHelpText()
{
	//输出欢迎信息和OpenCV版本

	printf("\n\n\t\t\t   当前使用的OpenCV版本为：" CV_VERSION );
	printf("\n\n  ----------------------------------------------------------------------------\n");
}

//--------------------------------------【main( )函数】-----------------------------------------
//          描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始执行
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
int main( )
{

	//【1】载入源图，转化为HSV颜色模型
	Mat srcImage, hsvImage;
	srcImage=imread("1.jpg");
	cvtColor(srcImage,hsvImage, COLOR_BGR2HSV);

	system("color 2F");
	ShowHelpText();

	//【2】参数准备
	//将色调量化为30个等级，将饱和度量化为32个等级
	int hueBinNum = 30;//色调的直方图直条数量
	int saturationBinNum = 32;//饱和度的直方图直条数量
	int histSize[ ] = {hueBinNum, saturationBinNum};
	// 定义色调的变化范围为0到179
	float hueRanges[] = { 0, 180 };
	//定义饱和度的变化范围为0（黑、白、灰）到255（纯光谱颜色）
	float saturationRanges[] = { 0, 256 };
	const float* ranges[] = { hueRanges, saturationRanges };
	MatND dstHist;
	//参数准备，calcHist函数中将计算第0通道和第1通道的直方图
	int channels[] = {0, 1};

	//【3】正式调用calcHist，进行直方图计算
	calcHist( &hsvImage,//输入的数组
		1, //数组个数为1
		channels,//通道索引
		Mat(), //不使用掩膜
		dstHist, //输出的目标直方图
		2, //需要计算的直方图的维度为2
		histSize, //存放每个维度的直方图尺寸的数组
		ranges,//每一维数值的取值范围数组
		true, // 指示直方图是否均匀的标识符，true表示均匀的直方图
		false );//累计标识符，false表示直方图在配置阶段会被清零

	//【4】为绘制直方图准备参数
	double maxValue=0;//最大值
	minMaxLoc(dstHist, 0, &maxValue, 0, 0);//查找数组和子数组的全局最小值和最大值存入maxValue中
	int scale = 10;
	Mat histImg = Mat::zeros(saturationBinNum*scale, hueBinNum*10, CV_8UC3);

	//【5】双层循环，进行直方图绘制
	for( int hue = 0; hue < hueBinNum; hue++ )
		for( int saturation = 0; saturation < saturationBinNum; saturation++ )
		{
			float binValue = dstHist.at<float>(hue, saturation);//直方图组距的值
			int intensity = cvRound(binValue*255/maxValue);//强度

			//正式进行绘制
			rectangle( histImg, Point(hue*scale, saturation*scale),
				Point( (hue+1)*scale - 1, (saturation+1)*scale - 1),
				Scalar::all(intensity),FILLED );
		}

		//【6】显示效果图
		imshow( "素材图", srcImage );
		imshow( "H-S 直方图", histImg );

		waitKey();
}

示例程序：计算并绘制图像一维直方图

//---------------------------------【头文件、命名空间包含部分】----------------------------
//		描述：包含程序所使用的头文件和命名空间
//------------------------------------------------------------------------------------------------
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include <iostream>
using namespace cv;
using namespace std;

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】-----------------------------
//		 描述：输出一些帮助信息
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void ShowHelpText()
{
	//输出欢迎信息和OpenCV版本

	printf("\n\n\t\t\t   当前使用的OpenCV版本为：" CV_VERSION);
	printf("\n\n  ----------------------------------------------------------------------------\n");
}

//--------------------------------------【main( )函数】-----------------------------------------
//          描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始执行
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
int main()
{
	//【1】载入原图并显示
	Mat srcImage = imread("1.jpg", 0);
	imshow("原图", srcImage);
	if (!srcImage.data) { cout << "fail to load image" << endl; 	return 0; }

	system("color 1F");
	ShowHelpText();

	//【2】定义变量
	MatND dstHist;       // 在cv中用CvHistogram *hist = cvCreateHist
	int dims = 1;
	float hranges[] = { 0, 255 };
	const float *ranges[] = { hranges };   // 这里需要为const类型
	int size = 256;
	int channels = 0;

	//【3】计算图像的直方图
	calcHist(&srcImage, 1, &channels, Mat(), dstHist, dims, &size, ranges);    // cv 中是cvCalcHist
	int scale = 1;

	Mat dstImage(size * scale, size, CV_8U, Scalar(0));
	//【4】获取最大值和最小值
	double minValue = 0;
	double maxValue = 0;
	minMaxLoc(dstHist, &minValue, &maxValue, 0, 0);  //  在cv中用的是cvGetMinMaxHistValue

	//【5】绘制出直方图
	int hpt = saturate_cast<int>(0.9 * size);
	for (int i = 0; i < 256; i++)
	{
		float binValue = dstHist.at<float>(i);           //   注意hist中是float类型    而在OpenCV1.0版中用cvQueryHistValue_1D
		int realValue = saturate_cast<int>(binValue * hpt / maxValue);
		rectangle(dstImage, Point(i*scale, size - 1), Point((i + 1)*scale - 1, size - realValue), Scalar(255));
	}
	imshow("一维直方图", dstImage);
	waitKey(0);
	return 0;
}

示例程序：绘制RGB三色直方图

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
using namespace cv;

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】-----------------------------
//		 描述：输出一些帮助信息
//----------------------------------------------------------------------------------------------
void ShowHelpText()
{
	//输出欢迎信息和OpenCV版本

	printf("\n\n\t\t\t   当前使用的OpenCV版本为：" CV_VERSION);
	printf("\n\n  ----------------------------------------------------------------------------\n");
}

//--------------------------------------【main( )函数】-----------------------------------------
//          描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始执行
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
int main()
{

	//【1】载入素材图并显示
	Mat srcImage;
	srcImage = imread("1.jpg");
	imshow("素材图", srcImage);

	system("color 3F");
	ShowHelpText();

	//【2】参数准备
	int bins = 256;
	int hist_size[] = { bins };
	float range[] = { 0, 256 };
	const float* ranges[] = { range };
	MatND redHist, grayHist, blueHist;
	int channels_r[] = { 0 };

	//【3】进行直方图的计算（红色分量部分）
	calcHist(&srcImage, 1, channels_r, Mat(), //不使用掩膜
		redHist, 1, hist_size, ranges,
		true, false);

	//【4】进行直方图的计算（绿色分量部分）
	int channels_g[] = { 1 };
	calcHist(&srcImage, 1, channels_g, Mat(), // do not use mask
		grayHist, 1, hist_size, ranges,
		true, // the histogram is uniform
		false);

	//【5】进行直方图的计算（蓝色分量部分）
	int channels_b[] = { 2 };
	calcHist(&srcImage, 1, channels_b, Mat(), // do not use mask
		blueHist, 1, hist_size, ranges,
		true, // the histogram is uniform
		false);

	//-----------------------绘制出三色直方图------------------------
	//参数准备
	double maxValue_red, maxValue_green, maxValue_blue;
	minMaxLoc(redHist, 0, &maxValue_red, 0, 0);
	minMaxLoc(grayHist, 0, &maxValue_green, 0, 0);
	minMaxLoc(blueHist, 0, &maxValue_blue, 0, 0);
	int scale = 1;
	int histHeight = 256;
	Mat histImage = Mat::zeros(histHeight, bins * 3, CV_8UC3);

	//正式开始绘制
	for (int i = 0; i < bins; i++)
	{
		//参数准备
		float binValue_red = redHist.at<float>(i);
		float binValue_green = grayHist.at<float>(i);
		float binValue_blue = blueHist.at<float>(i);
		int intensity_red = cvRound(binValue_red*histHeight / maxValue_red);  //要绘制的高度
		int intensity_green = cvRound(binValue_green*histHeight / maxValue_green);  //要绘制的高度
		int intensity_blue = cvRound(binValue_blue*histHeight / maxValue_blue);  //要绘制的高度

		//绘制红色分量的直方图
		rectangle(histImage, Point(i*scale, histHeight - 1),
			Point((i + 1)*scale - 1, histHeight - intensity_red),
			Scalar(255, 0, 0));

		//绘制绿色分量的直方图
		rectangle(histImage, Point((i + bins)*scale, histHeight - 1),
			Point((i + bins + 1)*scale - 1, histHeight - intensity_green),
			Scalar(0, 255, 0));

		//绘制蓝色分量的直方图
		rectangle(histImage, Point((i + bins * 2)*scale, histHeight - 1),
			Point((i + bins * 2 + 1)*scale - 1, histHeight - intensity_blue),
			Scalar(0, 0, 255));

	}

	//在窗口中显示出绘制好的直方图
	imshow("图像的RGB直方图", histImage);
	waitKey(0);
	return 0;
}

直方图对比

对比直方图：compareHistory（）函数

示例程序：直方图对比

//---------------------------------【头文件、命名空间包含部分】----------------------------
//		描述：包含程序所使用的头文件和命名空间
//------------------------------------------------------------------------------------------------
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
using namespace cv;

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】-----------------------------
//          描述：输出一些帮助信息
//----------------------------------------------------------------------------------------------
static void ShowHelpText()
{
	//输出欢迎信息和OpenCV版本

	printf("\n\n\t\t\t   当前使用的OpenCV版本为：" CV_VERSION);
	printf("\n\n  ----------------------------------------------------------------------------\n");
	//输出一些帮助信息
	printf("\n\n欢迎来到【直方图对比】示例程序~\n\n");

}

//--------------------------------------【main( )函数】-----------------------------------------
//          描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始执行
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
int main()
{
	//【0】改变console字体颜色
	system("color 2F");

	//【1】显示帮助文字
	ShowHelpText();

	//【1】声明储存基准图像和另外两张对比图像的矩阵( RGB 和 HSV )
	Mat srcImage_base, hsvImage_base;
	Mat srcImage_test1, hsvImage_test1;
	Mat srcImage_test2, hsvImage_test2;
	Mat hsvImage_halfDown;

	//【2】载入基准图像(srcImage_base) 和两张测试图像srcImage_test1、srcImage_test2，并显示
	srcImage_base = imread("1.jpg", 1);
	srcImage_test1 = imread("2.jpg", 1);
	srcImage_test2 = imread("3.jpg", 1);
	//显示载入的3张图像
	imshow("基准图像", srcImage_base);
	imshow("测试图像1", srcImage_test1);
	imshow("测试图像2", srcImage_test2);

	// 【3】将图像由BGR色彩空间转换到 HSV色彩空间
	cvtColor(srcImage_base, hsvImage_base, COLOR_BGR2HSV);
	cvtColor(srcImage_test1, hsvImage_test1, COLOR_BGR2HSV);
	cvtColor(srcImage_test2, hsvImage_test2, COLOR_BGR2HSV);

	//【4】创建包含基准图像下半部的半身图像(HSV格式)
	hsvImage_halfDown = hsvImage_base(Range(hsvImage_base.rows / 2, hsvImage_base.rows - 1), Range(0, hsvImage_base.cols - 1));

	//【5】初始化计算直方图需要的实参
	// 对hue通道使用30个bin,对saturatoin通道使用32个bin
	int h_bins = 50; int s_bins = 60;
	int histSize[] = { h_bins, s_bins };
	// hue的取值范围从0到256, saturation取值范围从0到180
	float h_ranges[] = { 0, 256 };
	float s_ranges[] = { 0, 180 };
	const float* ranges[] = { h_ranges, s_ranges };
	// 使用第0和第1通道
	int channels[] = { 0, 1 };

	// 【6】创建储存直方图的 MatND 类的实例:
	MatND baseHist;
	MatND halfDownHist;
	MatND testHist1;
	MatND testHist2;

	// 【7】计算基准图像，两张测试图像，半身基准图像的HSV直方图:
	calcHist(&hsvImage_base, 1, channels, Mat(), baseHist, 2, histSize, ranges, true, false);
	normalize(baseHist, baseHist, 0, 1, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	calcHist(&hsvImage_halfDown, 1, channels, Mat(), halfDownHist, 2, histSize, ranges, true, false);
	normalize(halfDownHist, halfDownHist, 0, 1, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	calcHist(&hsvImage_test1, 1, channels, Mat(), testHist1, 2, histSize, ranges, true, false);
	normalize(testHist1, testHist1, 0, 1, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	calcHist(&hsvImage_test2, 1, channels, Mat(), testHist2, 2, histSize, ranges, true, false);
	normalize(testHist2, testHist2, 0, 1, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	//【8】按顺序使用4种对比标准将基准图像的直方图与其余各直方图进行对比:
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		//进行图像直方图的对比
		int compare_method = i;
		double base_base = compareHist(baseHist, baseHist, compare_method);
		double base_half = compareHist(baseHist, halfDownHist, compare_method);
		double base_test1 = compareHist(baseHist, testHist1, compare_method);
		double base_test2 = compareHist(baseHist, testHist2, compare_method);
		//输出结果
		printf(" 方法 [%d] 的匹配结果如下：\n\n 【基准图 - 基准图】：%f, 【基准图 - 半身图】：%f,【基准图 - 测试图1】： %f, 【基准图 - 测试图2】：%f \n-----------------------------------------------------------------\n", i, base_base, base_half, base_test1, base_test2);
	}

	printf("检测结束。");
	waitKey(0);
	return 0;
}