OpenCV 例程200篇207. Photoshop 色阶自动调整算法
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了OpenCV 例程200篇207. Photoshop 色阶自动调整算法相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
OpenCV 例程200篇 总目录
201. 图像的颜色空间转换
202. 查表快速替换(cv.LUT)
203. 伪彩色图像处理
204. 图像的色彩风格滤镜
205. 调节色彩平衡/饱和度/明度
206. Photoshop 色阶调整算法
207. Photoshop 色阶自动调整算法
【youcans 的 OpenCV 例程200篇】207. Photoshop 色阶自动调整算法
Photoshop 还提供了自动色阶(Auto Levels)功能。
系统可以根据图像的曝光程度、明暗程度自动调节色彩平衡以达到最佳状态。自动色阶和自动对比度功能算法简单,对于一些图像的处理效果非常显著,具有很强的实用性。
Enhance Per Channel Contrast
Maximizes the tonal range in each channel to produce a more dramatic correction. Because each channel is adjusted individually, Enhance Per Channel Contrast may remove or introduce color casts. The Auto Tone command uses this algorithm.
自动色阶调整的实现方法是,系统基于灰度直方图统计结果,自动设置色阶调整所需的参数。
首先设置修剪比例,白场截断比 C l o w C_low Clow 和黑场截断比 C h i g h C_high Chigh 。默认值 0.1%,通常取 0.1~1.0%。修剪比例的作用是剔除一定比例的最小、最大灰度的像素,以排除个别异常噪声点的干扰。排除异常干扰后的最小、最大灰度值被设为图像中的黑场、白场基准。
具体地,将图像中灰度值最小的、比例为 C l o w C_low Clow 的像素剔除后的最小灰度值作为黑场阈值,将图像中灰度值最大的、比例为 C h i g h C_high Chigh 的像素剔除后的最大灰度值作为白场阈值。
例如,一个尺寸 100*100 的图像的像素灰度值从小到大排序的结果是:75, 77,…,240,241,按 0.1%的修剪比例分别剔除最小、最大灰度值后的结果是:77, …, 240,则设黑场阈值为 77,白场阈值为 240。
为了提高算法效率,可以先将图像转为灰度图像后计算得到灰度直方图,然后按修剪比例查找得到黑场阈值、白场阈值。
灰场调节值 midtone 实际上是实现 Gamma 变换,可以由灰度均值或中间值得到。
具体地,输入色阶调整有 3 个调节参数:黑场阈值 S i n S_in Sin、白场阈值 H i n H_in Hin和灰场值 M M M。
输入色阶调整算法,先根据黑场阈值和白场阈值对 RGB 颜色通道的动态范围进行线性拉伸,再根据灰场调节值进行幂律变换(伽马变换),对发白(曝光过度)或过暗(曝光不足)的图片进行矫正。
V 1 = 0 , V i n < S i n 255 , V i n > H i n 255 ∗ ( V i n − S i n ) / ( H i n − S i n ) , e l s e V 2 = 255 ∗ ( V 1 / 255 ) 1 / M \\beginaligned & V_1 = \\begincases 0 &, V_in<S_in \\\\ 255 &, V_in>H_in \\\\ 255 * (V_in-S_in)/(H_in-S_in) &, else \\endcases \\\\ \\\\ & V_2 = 255 * (V_1 / 255)^1/M \\endaligned V1=⎩⎪⎨⎪⎧0255255∗(Vin−Sin)/(Hin−Sin),Vin<Sin,Vin>Hin,elseV2=255∗(V1/255)1/M
输出色阶调整有 2个调节参数:黑场阈值 S o u t S_out Sout、白场阈值 H o u t H_out Hout ,分别对应着输出图像的最小像素值、最大像素值。
输出色阶调整方法是基于动态范围进行线性拉伸:
V o u t = 0 , V 2 < 0 255 , V 2 > 255 S o u t + ( H o u t − S o u t ) ∗ V 2 ∗ / 255 , e l s e V_out = \\begincases 0 &, V_2<0 \\\\ 255 &, V_2>255 \\\\ S_out + (H_out-S_out) * V_2 */255 &, else \\endcases Vout=⎩⎪⎨⎪⎧0255Sout+(Hout−Sout)∗V2∗/255,V2<0,V2>255,else
例程 14.14:Photoshop 色阶自动调整算法
本例程实现 Photoshop 的色阶调整算法,自动设置色阶调整参数,对 R/G/B 各通道的动态范围分别进行拉伸。
# 14.14 Photoshop 自动色阶调整算法
def autoLevels(img, cutoff=0.1):
channels = img.shape[2] # h,w,ch
table = np.zeros((1,256,3), np.uint8)
for ch in range(channels):
# cutoff=0.1, 计算 0.1%, 99.9% 分位的灰度值
low = np.percentile(img[:,:,ch], q=cutoff) # ch 通道, cutoff=0.1, 0.1 分位的灰度值
high = np.percentile(img[:,:,ch], q=100 - cutoff) # 99.9 分位的灰度值, [0, high] 占比99.9%
# 输入动态线性拉伸
Sin = min(max(low, 0), high - 2) # Sin, 黑场阈值, 0<=Sin<Hin
Hin = min(high, 255) # Hin, 白场阈值, Sin<Hin<=255
difIn = Hin - Sin
V1 = np.array([(min(max(255*(i-Sin)/difIn, 0), 255)) for i in range(256)])
# 灰场伽马调节
gradMed = np.median(img[:,:,ch]) # 拉伸前的中值
Mt = V1[int(gradMed)] / 128. # 拉伸后的映射值
V2 = 255 * np.power(V1/255, 1/Mt) # 伽马调节
# 输出线性拉伸
Sout, Hout = 5, 250 # Sout 输出黑场阈值, Hout 输出白场阈值
difOut = Hout - Sout
table[0, :, ch] = np.array([(min(max(Sout + difOut*V2[i]/255, 0), 255)) for i in range(256)])
return cv.LUT(img, table)
# Photoshop 自动色阶调整算法
img = cv.imread("../images/Fig0310b.tif", flags=1) # 读取彩色图像
gray = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2GRAY) # 转换为灰度图像
print("cutoff=, minG=, maxG=".format(0.0, gray.min(), gray.min()))
# 色阶手动调整
equManual = levelsAdjust(img, 63, 205, 0.8, 10, 245) # 手动调节
# 色阶自动调整
cutoff = 0.1 # 截断比例, 建议范围 [0.0,1.0]
equAuto = autoLevels(img, cutoff)
plt.figure(figsize=(9, 6))
plt.subplot(131), plt.title("Origin"), plt.axis('off')
plt.imshow(cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2RGB))
plt.subplot(132), plt.title("ManualTuned"), plt.axis('off')
plt.imshow(cv.cvtColor(equManual, cv.COLOR_BGR2RGB))
plt.subplot(133), plt.title("AutoLevels"), plt.axis('off')
plt.imshow(cv.cvtColor(equAuto, cv.COLOR_BGR2RGB))
plt.tight_layout()
plt.show()
从本图可以看出,由于 R,G,B 三个通道单独进行调整,出现了明显的色偏问题。
【本节完】
版权声明:
参考文献: Use the Photoshop Levels adjustment (adobe.com)
youcans@xupt 原创作品,转载必须标注原文链接:(https://blog.csdn.net/youcans/article/details/125373625)
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Crated:2022-6-20
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以上是关于OpenCV 例程200篇207. Photoshop 色阶自动调整算法的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
youcans 的 OpenCV 例程200篇184.鼠标交互标记的分水岭算法
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