【OpenCV 例程200篇】51. 圖像增強—直方圖反向追蹤

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圖像直方圖是反映圖像像素分布的統計表。 灰度直方圖是圖像灰度級的函數，用來描述每個灰度級在圖像矩陣中的像素個數。

直方圖反向投影（反向追蹤）是一種在輸入圖像中查找與特定模板圖像匹配最佳的點或區域的方法，可以對特定顏色物體、特定灰度物體進行查找、跟蹤，常用于圖像查找、圖像分割。

直方圖反向投影處理的原理，是計算某一特征的直方圖模型，再使用該模型去尋找圖像中存在的特征。

直方圖反向投影處理的過程，首先建立模板區域的直方圖，再將直方圖投影到輸入圖像，計算輸入圖像中每個像素點的像素值與直方圖匹配概率，得到概率圖像并以一定閾值進行二值化處理。

直方圖的反向投影利用直方圖模型計算給定圖像像素點的特征。反向投影在某一位置的值是源圖像在對應位置的像素值的累計。反向投影操作可實現檢測輸入源圖像給定圖像的最匹配區域，可用于目標檢測。

OpenCV 提供的函數 cv2.calcBackProject() 可以用來做直方圖反向投影。

函數說明：

cv2.calcBackProject(images, channels, hist, ranges, scale[, dst]) → dst

參數說明：

• images：顏色對比度的閾值，可選項，默認值 8

• channels： 計算反向投影的圖像通道

• hist： 查找模板區域的直方圖

• ranges：每個維度中直方圖單元邊界的數組

• scale：反向投影輸出的縮放比例

• 返回值 dst：返回反向投影的輸出圖像

基本例程：1.64 直方圖反向投影追蹤

# 1.64 直方圖反向投影roi = cv2.imread("../images/BallFrag.png", flags=1) # 查找的圖像區域target = cv2.imread("../images/imgBall.png", flags=1) # 被查找的目標圖像hsvRoi = cv2.cvtColor(roi, cv2.COLOR_BGR2HSV)hsvTar = cv2.cvtColor(target, cv2.COLOR_BGR2HSV)histRoi = cv2.calcHist([hsvRoi], [0, 1], None, [180, 256], [0, 180, 0, 256]) # 計算目標直方圖cv2.normalize(histRoi, histRoi, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX) # 歸一化 ->[0,255]dst = cv2.calcBackProject([hsvTar], [0, 1], histRoi, [0, 180, 0, 256], 1) # 反向投影disc = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (5, 5)) # 定義橢圓結構形狀imgConv = cv2.filter2D(dst, -1, disc) # 圖像卷積ret, thresh = cv2.threshold(imgConv, 100, 255, 0) # 圖像二值化處理，得到掩模模板imgTrack = cv2.bitwise_and(target, target, mask=thresh) # 以 thresh 為掩模按位與，顯示查找區域plt.figure(figsize=(10,6))plt.subplot(131), plt.imshow(cv2.cvtColor(target, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title("target image"), plt.axis('off')plt.subplot(132), plt.imshow(thresh, 'gray'), plt.title("tracking mask"), plt.axis('off')plt.subplot(133), plt.imshow(cv2.cvtColor(imgTrack, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title("tracking result"), plt.axis('off')plt.show()

補充知識：

直方圖的反向投影到底是指什么？

反向投影矩陣中某點的值就是它對應的原圖像中的點所在區間的灰度直方圖值。一個區間點越多，在反向投影矩陣中就越亮。

怎么理解反向投影矩陣中的 “反向”？
先求出原圖像的直方圖，再由直方圖得到反向投影矩陣，由直方圖到反向投影矩陣實際上就是一個反向的過程。

通過圖像的反向投影矩陣，實際上把原圖像簡化了，簡化過程就是提取圖像特征的過程。通過特征來對比兩幅圖，如果兩幅圖的反向投影矩陣相同或高度相似，就可以判定這兩幅圖這個特征相同。

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（本節完）

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Crated：2021-11-25

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總結

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