【秣厉科技】LabVIEW工具包——OpenCV 教程（4）：颜色空间

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前言

1. 需要下载安装OpenCV工具包的朋友，请前往 此处 ；
2. 系统要求：Windows系统，LabVIEW>=2018，兼容32位和64位。

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颜色空间转换

颜色空间，是一种用来表示颜色的数学模型，也是计算机中用来计算和存储颜色量所采取的方案。

在OpenCV中，RGB作为默认的颜色空间（但通道顺序为BGR）。R、G、B分别代表像素的红、绿、蓝分量。

除此之外，常用的颜色空间还有：

RGB	红、绿、蓝
RGBA	红、绿、蓝、透明度（alpha通道）
GRAY	灰度
HSV	色相、饱和度、明度
HSL	色相、饱和度、亮度
YUV	亮度、蓝色度、红色度（常用于视频流压缩）
BayerXXX	拜耳颜色阵列（相机传感器原始数据）
…	…

在OpenCV下做颜色空间转换，可以使用 imgproc 模块下的函数，选板如下图（节选）。

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1. cvtColor

例1-1：读取一张彩色图（BRG），转换成灰度图（GRAY）。

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例1-2：读取一张彩色图（BRG），转换到HSV空间。

本例中，cvtColor输入的 “源” 和 “目标” 矩阵合并了，这样做也是可以的，代表直接将转化结果写入到 “源” 图像中。但要特别注意，由于此时 “源” 和 “目标” 实际是同一个对象，所以读取原始图像一定要趁早（在转化之前）。并且只要其中一个release，那么两者都被释放了。利用labVIEW的连线关系，确保任何矩阵函数都在release之前执行完成。

转化后的图像，3通道数据分别代表H、S、V，而 to_LV 仍然按照BGR解析，所以图像颜色看起来是很奇怪的。

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例1-3：读取一张彩色图（BRG），转换成YV12格式，并分离Y平面和UV平面。

YV12是YUV格式的一种压缩方式，Y通道全采样，U、V通道 1/2 采样（水平、垂直方向都是1/2）。

如果源图像行数是H，那么通过cvtColor转换的YV12矩阵，其前H行代表Y平面，剩余行代表UV平面。

在内存中，U、V分别reshape成与Y平面相同的宽度（cols），追加在Y平面末尾，作为拓展行。如下图。

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2. cvtColorTwoPlane

当源图像来自两个Mat时，比如Y平面和UV平面，可以用 cvtColorTwoPlane 将它们转化到RGB的空间。

将上文“例1-3”得到的 Y 和 UV 重新变回 BGR 图像，算法如下图。（YV12是压缩格式，所以还原图像已经部分失真）

注意，cvtColorTwoPlane 要求输入的UV平面矩阵是2通道（U、V各占1个通道），并且长、宽都是Y平面矩阵的一半。所以“例1-3”得到的UV不能直接用，需要经过一番转换。

merge.vi 位于 core 模块，功能是将多个单通道Mat合并成一个多通道Mat。

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3. demosaicing

数码相机的图像传感器通常覆盖了一层色彩滤镜阵列（如拜耳滤镜），每个像素仅能感知红、绿、蓝中的一种颜色。例如，拜耳滤镜中绿色像素占比50%，红蓝各占25%。原始数据呈现马赛克状分布，而demosaicing通过分析相邻像素的颜色信息，补全每个像素的缺失色彩。

下图展示的是：读取一张BGR图像，然后模拟生成拜耳阵列，即奇数行交替保留B、G，偶数行交替保留G、R。最后用 demosaicing.vi 将拜耳阵列还原为BRG图像。（当然了，图像也是部分失真，毕竟降采样了）

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颜色筛选

对图片特定颜色的筛选，通常要在 HSV 或 HSL 空间进行。

以 HSV 空间为例，当S、V均不低于临界值时，颜色的种类几乎完全由H决定。当S、V低于临界值时，则呈现不同程度的黑、白、灰。

下图展示的是：读取一张BGR图像，转化到HSV空间，再根据上述表格筛选出黄色像素。

inRange.vi 位于core选板，功能是将满足范围条件的像素设为255，其余设为0，最终输出同尺寸的单通道矩阵。

第二次进行cvtColor，是为了将 inRange 结果转成3通道，以便与原图像做 “&” 运算。

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颜色映射

如何将一张灰度图重新上色？cvtColor 似乎可以从GRAY转到BGR，但转化的结果只是通道数变成3了，图像依旧是没有颜色的。

或许可以试试 applyColorMap 函数，对灰度图做颜色重映射。该函数同样位于 imgproc 模块。

下图采用系统预置的配色方案 COLORMAP_AUTUMN 对灰度图重新上色。

同时 applyColorMap 还支持用户自定义配色方案。需要给定一个3通道，长度256的向量矩阵，作为调色盘。

下图展示的是，通过自定义配色方案，将灰度小于50的像素变成红色，其他像素保持原灰度颜色不变。

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总结

1. 本系列博文作为LabVIEW工具包—OpenCV的教程，将以专栏的形式陆续发布和更新。
2. 对工具包感兴趣的朋友，欢迎下载试用：秣厉科技 - LabVIEW工具包 - OpenCV
3. 各位看官有什么想法、建议、吐槽、批评，或新奇的需求，也欢迎留言讨论。