opencv - 缩小/限制图像调色板的算法

Question

作为输入数据，我有一个 24 位 RGB 图像和一个具有 2..20 种固定颜色的调色板。这些颜色绝不会在整个颜色范围内有规律地分布。

现在我必须修改输入图像的颜色，以便只使用给定调色板的颜色 - 使用调色板中最接近原始颜色的颜色(不是数学上最接近，而是人类视觉印象)。所以我需要的是一种算法，它使用输入颜色并在目标调色板中找到视觉上最适合该颜色的颜色。请注意:我不是在寻找愚蠢的比较/差异算法，而是在寻找真正融合了颜色对人类印象的算法!

因为这是已经应该完成的事情，并且因为我不想再次重新发明轮子:是否有一些示例源代码可以完成这项工作？在最好的情况下，它实际上是一段代码，而不是指向一个灾难性的巨大库的链接；-)

(我猜OpenCV没有提供这样的功能？)

谢谢

Answer 1

你应该看看 Lab color space .它的设计使色彩空间中的距离等于感知距离。因此，一旦您转换了图像，您就可以像之前那样计算距离，但从感知的角度来看应该会得到更好的结果。在 OpenCV 中，您可以使用 cvtColor(source, destination, CV_BGR2Lab) 函数。

另一个想法是使用 dithering .这个想法是使用相邻像素混合缺失的颜色。一个流行的算法是 Floyd-Steinberg dithering .

这是我的一个例子，我将使用 k-means 的优化调色板与 Lab 色彩空间和 floyd steinberg 抖动相结合:

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;

cv::Mat floydSteinberg(cv::Mat img, cv::Mat palette);
cv::Vec3b findClosestPaletteColor(cv::Vec3b color, cv::Mat palette);

int main(int argc, char** argv)
{
    // Number of clusters (colors on result image)
    int nrColors = 18;

    cv::Mat imgBGR = imread(argv[1],1);

    cv::Mat img;
    cvtColor(imgBGR, img, CV_BGR2Lab);


    cv::Mat colVec = img.reshape(1, img.rows*img.cols); // change to a Nx3 column vector

    cv::Mat colVecD;
    colVec.convertTo(colVecD, CV_32FC3, 1.0); // convert to floating point


    cv::Mat labels, centers;
    cv::kmeans(colVecD, nrColors, labels,
            cv::TermCriteria(CV_TERMCRIT_ITER, 100, 0.1),
            3, cv::KMEANS_PP_CENTERS, centers); // compute k mean centers

    // replace pixels by there corresponding image centers
    cv::Mat imgPosterized = img.clone();
    for(int i = 0; i < img.rows; i++ )
        for(int j = 0; j < img.cols; j++ )
            for(int k = 0; k < 3; k++)
                imgPosterized.at<Vec3b>(i,j)[k] = centers.at<float>(labels.at<int>(j+img.cols*i),k);

    // convert palette back to uchar
    cv::Mat palette;
    centers.convertTo(palette,CV_8UC3,1.0);

    // call floyd steinberg dithering algorithm
    cv::Mat fs = floydSteinberg(img, palette);

    cv::Mat imgPosterizedBGR, fsBGR;
    cvtColor(imgPosterized, imgPosterizedBGR, CV_Lab2BGR);
    cvtColor(fs, fsBGR, CV_Lab2BGR);


    imshow("input",imgBGR); // original image
    imshow("result",imgPosterizedBGR); // posterized image
    imshow("fs",fsBGR); // floyd steinberg dithering
    waitKey();

  return 0;
}

cv::Mat floydSteinberg(cv::Mat imgOrig, cv::Mat palette)
{
    cv::Mat img = imgOrig.clone();
    cv::Mat resImg = img.clone();
    for(int i = 0; i < img.rows; i++ )
        for(int j = 0; j < img.cols; j++ )
        {
            cv::Vec3b newpixel = findClosestPaletteColor(img.at<Vec3b>(i,j), palette);
            resImg.at<Vec3b>(i,j) = newpixel;

            for(int k=0;k<3;k++)
            {
                int quant_error = (int)img.at<Vec3b>(i,j)[k] - newpixel[k];
                if(i+1<img.rows)
                    img.at<Vec3b>(i+1,j)[k] = min(255,max(0,(int)img.at<Vec3b>(i+1,j)[k] + (7 * quant_error) / 16));
                if(i-1 > 0 && j+1 < img.cols)
                    img.at<Vec3b>(i-1,j+1)[k] = min(255,max(0,(int)img.at<Vec3b>(i-1,j+1)[k] + (3 * quant_error) / 16));
                if(j+1 < img.cols)
                    img.at<Vec3b>(i,j+1)[k] = min(255,max(0,(int)img.at<Vec3b>(i,j+1)[k] + (5 * quant_error) / 16));
                if(i+1 < img.rows && j+1 < img.cols)
                    img.at<Vec3b>(i+1,j+1)[k] = min(255,max(0,(int)img.at<Vec3b>(i+1,j+1)[k] + (1 * quant_error) / 16));
            }
        }
    return resImg;
}

float vec3bDist(cv::Vec3b a, cv::Vec3b b) 
{
    return sqrt( pow((float)a[0]-b[0],2) + pow((float)a[1]-b[1],2) + pow((float)a[2]-b[2],2) );
}

cv::Vec3b findClosestPaletteColor(cv::Vec3b color, cv::Mat palette)
{
    int i=0;
    int minI = 0;
    cv::Vec3b diff = color - palette.at<Vec3b>(0);
    float minDistance = vec3bDist(color, palette.at<Vec3b>(0));
    for (int i=0;i<palette.rows;i++)
    {
        float distance = vec3bDist(color, palette.at<Vec3b>(i));
        if (distance < minDistance)
        {
            minDistance = distance;
            minI = i;
        }
    }
    return palette.at<Vec3b>(minI);
}