OpenCV-Python Tutorials(4.0.0)

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目标：

• 学习直方图的反向投影

理论

它由Michael J. Swain，Dana H. Ballard在他们的论文“Indexing via color histograms”中提出。

用简单的话来说，它到底是什么?它用于图像分割或查找图像中感兴趣的对象。简单地说，它创建了与输入图像大小相同(但是是单一通道)的图像，其中每个像素对应于该像素属于对象的概率。在更简单的世界中，输出的图像将使我们感兴趣的对象与其余部分相比有更多的白色。这是一个直观的解释。(我说得再简单不过了)。直方图反投影与camshift算法等相结合。我们怎么做呢?我们创建一个an的直方图

我们怎么做呢?我们创建一个图像的直方图，其中包含我们感兴趣的对象(在我们的例子中是地面、离开玩家和其他东西)。对象应该尽可能地填充图像，以获得更好的结果。与灰度直方图相比，颜色直方图更受欢迎，因为与灰度强度相比，对象的颜色是一种更好的定义对象的方法。然后我们将这个直方图“向后投射”到我们需要找到目标的测试图像上，换句话说，我们计算出属于地面的每个像素的概率并显示出来。在适当的阈值上得到的输出只给我们提供了基础

Numpy中的算法

1. 首先，我们需要计算需要找到的对象(设为“M”)和要搜索的图像(设为“I”)的颜色直方图。

import numpy as np
import cv2 as cvfrom matplotlib import pyplot as plt

#roi is the object or region of object we need to find
roi = cv.imread('rose_red.png')
hsv = cv.cvtColor(roi,cv.COLOR_BGR2HSV)

#target is the image we search in
target = cv.imread('rose.png')
hsvt = cv.cvtColor(target,cv.COLOR_BGR2HSV)

# Find the histograms using calcHist. Can be done with np.histogram2d also
M = cv.calcHist([hsv],[0, 1], None, [180, 256], [0, 180, 0, 256] )
I = cv.calcHist([hsvt],[0, 1], None, [180, 256], [0, 180, 0, 256] )

2. 求出比率 $R=\frac{M}{I}$R=IM​ 。然后反投影R，使用R作为调色板并创建一个新图像，每个像素作为其对应的目标概率。 即B（x，y）= R[h（x，y），s（x，y）]其中h是色调，s是（x，y）处像素的饱和度。 之后应用条件B（x，y）= min [B（x，y），1]。

h,s,v = cv.split(hsvt)
B = R[h.ravel(),s.ravel()]
B = np.minimum(B,1)
B = B.reshape(hsvt.shape[:2])

3. 现在对圆盘进行卷积，B = D * B，其中D是盘卷积核。

disc = cv.getStructuringElement(cv.MORPH_ELLIPSE,(5,5))
cv.filter2D(B,-1,disc,B)
B = np.uint8(B)
cv.normalize(B,B,0,255,cv.NORM_MINMAX)

4. 现在最大强度的位置为我们提供了物体的位置。 如果我们期望图像中有一个区域，那么对适当值进行阈值处理会得到很好的结果。

ret,thresh = cv.threshold(B,50,255,0)

OpenCV中的反投影

OpenCV提供了一个内置函数cv.calcBackProject()。 它的参数与cv.calcHist()函数几乎相同。 它的一个参数是直方图，它是对象的直方图，我们必须找到它。 此外，在传递给backproject函数之前，应该对象直方图进行规范化。 它返回概率图像。 然后我们将图像与光盘卷积核卷积并应用阈值。 以下是我的代码和输出：

import numpy as np
import cv2 as cv
roi = cv.imread('rose_red.png')
hsv = cv.cvtColor(roi,cv.COLOR_BGR2HSV)
target = cv.imread('rose.png')
hsvt = cv.cvtColor(target,cv.COLOR_BGR2HSV)
# calculating object histogram
roihist = cv.calcHist([hsv],[0, 1], None, [180, 256], [0, 180, 0, 256] )
# normalize histogram and apply backprojection
cv.normalize(roihist,roihist,0,255,cv.NORM_MINMAX)
dst = cv.calcBackProject([hsvt],[0,1],roihist,[0,180,0,256],1)
# Now convolute with circular disc
disc = cv.getStructuringElement(cv.MORPH_ELLIPSE,(5,5))
cv.filter2D(dst,-1,disc,dst)
# threshold and binary AND
ret,thresh = cv.threshold(dst,50,255,0)
thresh = cv.merge((thresh,thresh,thresh))
res = cv.bitwise_and(target,thresh)
res = np.vstack((target,thresh,res))
cv.imwrite('res.jpg',res)

下面是我使用的一个例子。我使用蓝色矩形内的区域作为样本对象，我想提取整个地面。