OpenCV颜色转换和皮肤检测

本笔记重点记录OpenCV中的颜色转换和利用色彩空间的特性进行皮肤检测

颜色转换

实现原理

之所以要引入色调/饱和度/亮度的色彩空间概念，是因为人们喜欢凭直觉分辨各种颜色，而它与这种方式吻合。实际上，人类更喜欢用色彩、彩度、亮度等直观的属性来描述颜色，而大多数直觉色彩空间正是基于这三个属性。

色调（hue）表示主色，我们使用的颜色名称（例如绿色、黄色和红色）就对应了不同的色调值；
饱和度（saturation）表示颜色的鲜艳程度，柔和的颜色饱和度较低，而彩虹的颜色饱和度就很高
亮度（brightness）是一个主观的属性，表示某种颜色的光亮程度。

其他直觉色彩空间使用颜色明度（value）或颜色亮度（lightness）的概念描述有关颜色的强度。

利用这些颜色概念，能尽可能地模拟人类对颜色的直观感知。因此，它们没有标准的定义。根据文献资料，色调、饱和度和亮度都有多种不同的定义和计算公式。OpenCV 建议的两种直觉色彩空间的实现是 HSV 和 HLS 色彩空间，它们的转换公式略有不同，但是结果非常相似。

亮度成分可能是最容易解释的。在 OpenCV 对 HSV 的实现中，它被定义为三个 BGR 成分中的最大值，以非常简化的方式实现了亮度的概念。为了让定义更符合人类视觉系统，应该使用均匀感知的色彩空间 Lab和 Luv的 L 通道。举个例子，L 通道已经考虑到了，在强度相同的情况下，人们会觉得绿色比蓝色等颜色的亮度更高。

OpenCV 用一个公式来计算饱和度，该公式基于 BGR 组件的最小值和最大值：

OpenCV颜色转换和皮肤检测-LMLPHP

其原理是：灰度颜色包含的 R、G、B 的成分是相等的，相当于一种极不饱和的颜色，因此它的饱和度是 0（饱和度是一个 0~1.0 的值）。对于 8 位图像，饱和度被调节成一个 0~255 的值，并且作为灰度图像显示的时候，较亮区域对应的颜色具有较高的饱和度。

利用opencv把RGB图片像HSV颜色空间转变（CV_BGR2HSV）的时候，

H通道的值范围为： 0-180

S： 0-255

V：0-255

实现代码


#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>

#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    // 读入图像
    cv::Mat image= cv::imread("boldt.jpg");
    if (!image.data)
        return 0;

    // 原始图像
    cv::namedWindow("Original image");
    cv::imshow("Original image",image);

    // 转换成HSV色彩空间
    cv::Mat hsv;
    cv::cvtColor(image, hsv, CV_BGR2HSV);

    // 把三个通道分割进三幅图像中
    std::vector<cv::Mat> channels;
    cv::split(hsv,channels);
    // channels[0] 色调
    // channels[1] 饱和度
    // channels[2] 亮度

    // 亮度
    cv::namedWindow("Value");
    cv::imshow("Value",channels[2]);

    // display 饱和度
    cv::namedWindow("Saturation");
    cv::imshow("Saturation",channels[1]);

    // display 色调
    cv::namedWindow("Hue");
    cv::imshow("Hue",channels[0]);
    cv::waitKey();
}

实现效果

OpenCV颜色转换和皮肤检测-LMLPHP

皮肤检测

8 位版本的色调在 0~180，饱和度在 0~255

实现原理

在对特定物体做初步检测时，颜色信息非常有用。例如辅助驾驶程序中的路标检测功能，就要凭借标准路标的颜色快速识别可能是路标的信息。另一个例子是肤色检测，检测到的皮肤区域可作为图像中有人存在的标志。手势识别就经常使用肤色检测确定手的位置。

肤色检测领域的大量研究已经表明，来自不同人种的人群的皮肤颜色，可以在色调、饱和度、色彩空间中很好地归类。

实现代码


#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>

#include <iostream>
#include <vector>

void detectHScolor(const cv::Mat& image,       // input image
                   double minHue, double maxHue,   // Hue interval
                   double minSat, double maxSat,   // saturation interval
                   cv::Mat& mask) {             // output mask

    // convert into HSV space
    cv::Mat hsv;
    cv::cvtColor(image, hsv, CV_BGR2HSV);

    // split the 3 channels into 3 images
    std::vector<cv::Mat> channels;
    cv::split(hsv, channels);
    // channels[0] is the Hue
    // channels[1] is the Saturation
    // channels[2] is the Value

    // Hue masking
    cv::Mat mask1; // below maxHue
    cv::threshold(channels[0], mask1, maxHue, 255, cv::THRESH_BINARY_INV);
    cv::Mat mask2; // over minHue
    cv::threshold(channels[0], mask2, minHue, 255, cv::THRESH_BINARY);

    cv::Mat hueMask; // hue mask
    if (minHue < maxHue)
        hueMask = mask1 & mask2;
    else // if interval crosses the zero-degree axis
        hueMask = mask1 | mask2;

    // Saturation masking
    // below maxSat
    cv::threshold(channels[1], mask1, maxSat, 255, cv::THRESH_BINARY_INV);
    // over minSat
    cv::threshold(channels[1], mask2, minSat, 255, cv::THRESH_BINARY);

    cv::Mat satMask; // saturation mask
    satMask = mask1 & mask2;

    // combined mask
    mask = hueMask&satMask;
}

int main()
{
    // 读入图像
    cv::Mat image= cv::imread("girl.jpg");
    if (!image.data)
        return 0;
    // show original image
    cv::namedWindow("Original image");
    cv::imshow("Original image",image);
    // detect skin tone
    cv::Mat mask;
    detectHScolor(image,
              160, 10, // hue from 320 degrees to 20 degrees
              25, 166, // saturation from ~0.1 to 0.65
              mask);
// show masked image
    cv::Mat detected(image.size(), CV_8UC3, cv::Scalar(0, 0, 0));
    image.copyTo(detected, mask);
    cv::imshow("Detection result",detected);
    cv::waitKey();
}

实现效果

OpenCV颜色转换和皮肤检测-LMLPHP

可改进的地方

在检测时没有考虑颜色的亮度。在实际应用中，排除较高亮度的颜色可以降低把明亮的淡红色误认为皮肤的可能性。所以要想对皮肤颜色进行可靠和准确的检测，还需要更加精确的分析。对不同的图像进行检测，也很难保证效果都好，因为摄影时影响彩色再现的因素有很多，如白平衡和光照条件等。

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