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python下對hsv顏色空間進行量化

更新:優化了程式碼,理由numpy的ufunc函式功能替換了之前的雙重for迴圈,測試圖片大小為692*1024*3,優化前執行時間為6.9s,優化後為0.8s。

由於工作需要,需要計算顏色直方圖來提取顏色特徵,但若不將顏色空間進行量化,則直方圖向量維數過高,不便於使用。但是看了opencv API後並未發現提供了相關函式能夠在計算顏色直方圖的同時進行量化,因此這部分功能只能自己實現。下面分為兩個部分進行介紹:

一、顏色空間量化表

由於RGB模型不夠直觀,不符合人類視覺習慣,因此在進行顏色特徵提取前,需要將照片從RGB顏色模型轉換為更符合人類視覺的HSV模型。在提取顏色特徵時,最常用的方法之一為顏色直方圖法,但一張圖片中出現的顏色一般特別多,導致直方圖向量的維數較高,因此需要對HSV空間進行量化。根據人眼對顏色的感知特性,採用較為常用的量化方法,即按照如下對應關係進行量化:
HSV量化對照表


基於上述量化表,將各顏色分量按照下述公式合成為72維一維向量:G=9H+3S+V

二、量化程式碼

程式碼使用純python寫成,效率偏低,處理388*500畫素的照片用時1.45秒。在quantilize函式中,未使用if-else判斷語句,因此至少節省了1/3的時間。但這個速度顯然是無法令人滿意的,用C++效率應該會更高點。如果有人有更好的想法,歡迎在下方評論交流。

#-*-coding:utf-8-*-
import cv2
import numpy as np
from datetime import datetime
from matplotlib import pyplot as
plt def colors(imagepath): img = cv2.imread(imagepath) hsv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_RGB2HSV) nhsv = np.zeros(hsv.shape[:2], dtype=np.uint8) t2 = datetime.now() for i in range(hsv.shape[0]): for j in range(hsv.shape[1]): nhsv[i][j] = quantilize(hsv[i][j]) print
datetime.now() - t2 hist = cv2.calcHist([nhsv], [0], None, [72], [0,71]) # 40x faster than np.histogramfaster than np.histogram plt.plot(hist,color = 'r') plt.xlim([0, 72]) plt.show() def quantilize(value): '''hsv直方圖量化 value : [21, 144, 23] h, s, v opencv中,h-[0,180], s-[0,255], v-[0,255] ''' # value[0] = value[0] * 2 hlist = [20, 40, 75, 155, 190, 270, 290, 316, 360] svlist = [21, 178, 255] for i in range(len(hlist)): if value[0] <= hlist[i]: h = i % 8 break for i in range(len(svlist)): if value[1] <= svlist[i]: s = i break for i in range(len(svlist)): if value[2] <= svlist[i]: v = i break return 9 * h + 3 * s + v

以上,歡迎批評交流~
如果覺得不錯,歡迎點贊~

三、更新

#-*-coding:utf-8-*-
import cv2
import numpy as np
from datetime import datetime
from matplotlib import pyplot as plt

hlist = [20, 40, 75, 155, 190, 270, 290, 316, 360]
svlist = [21, 178, 255]

def quantilize(h, s, v):
    '''hsv直方圖量化'''
    # value : [21, 144, 23] h, s, v
    h = h * 2
    for i in range(len(hlist)):
        if h <= hlist[i]:
            h = i % 8
            break
    for i in range(len(svlist)):
        if s <= svlist[i]:
            s = i
            break
    for i in range(len(svlist)):
        if v <= svlist[i]:
            v = i
            break
    return 9 * h + 3 * s + v

quantilize_ufunc = np.frompyfunc(quantilize, 3, 1) # 自定義ufunc函式,即將quantilize函式轉化為ufunc函式,其輸入引數為3個,輸出引數為1個。

def colors(img):
    hsv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_RGB2HSV)
    nhsv = quantilize_ufunc(hsv[:,:,0], hsv[:,:,1], hsv[:,:,2]).astype(np.uint8) # 由於frompyfunc函式返回結果為物件,所以需要轉換型別
    hist = cv2.calcHist([nhsv], [0], None, [72], [0,71]) # 40x faster than np.histogram
    hist = hist.reshape(1, hist.shape[0]).astype(np.int32).tolist()[0]
    return hist

if __name__ == '__main__':
    img_path = path + 'test.jpg'
    img = cv2.imread(img_path)
    colors(img)

結果

[0, 11, 31490, 100, 3, 32685, 0, 28, 313, 0, 0, 3268, 31, 0, 558364, 6, 1, 441, 0, 0, 2301, 92, 0, 34056, 0, 1, 396, 0, 0, 2682, 84, 5, 712, 0, 137, 55, 0, 0, 1215, 20, 2, 224, 0, 3, 0, 0, 0, 13838, 56, 0, 23474, 63, 23, 1, 0, 0, 4764, 0, 0, 2335, 0, 25, 27, 0, 0, 2302, 5, 0, 1676, 1, 59, 389]