颜色直方图
调色直方图的原理和使用方法
调色直方图的原理和使用方法
调色直方图是用来显示图像中颜色分布情况的工具，它的原理是将图像中不同颜色的像素点按照其亮度值进行排序，并统计每个亮度值对应的像素数量。
通过调色直方图，我们可以直观地了解图像中各个颜色的占比，从而方便我们进行图像处理和调整。
使用调色直方图的方法如下：
1. 打开需要调整的图像，并选择直方图功能。
2. 将直方图分别对应红、绿、蓝三色进行展示。
3. 查看直方图中各个颜色的占比情况，根据需要调整图片的亮度、对比度、色彩等参数。
4. 根据需要不断调整，直到达到理想的效果为止。
需要注意的是，调色直方图只是提供了对图像的一种基本分析，对于不同的图像素材需要采用不同的调整方法。
histogram matching 匀色算法
histogram matching 匀色算法直方图匹配（Histogram Matching）是一种用于调整图像颜色分布的图像处理技术，以使其与参考图像的颜色分布相匹配。
匹配的目标是使图像的颜色分布更均匀，从而改善图像的视觉质量。
以下是直方图匹配的一般算法步骤：
1. 计算直方图：对于待处理图像和参考图像，首先计算它们的颜色直方图。
颜色直方图表示图像中各个颜色级别的分布情况。
2. 累积分布函数：计算待处理图像和参考图像的颜色分布的累积分布函数（CDF）。
CDF表示颜色级别的累积分布情况，可用于比较两个图像的颜色分布。
3. 匹配直方图：对于每个颜色级别，将待处理图像的CDF映射到参考图像的CDF。
这意味着将待处理图像的颜色级别映射到参考图像中的相应颜色级别。
这个映射可以通过简单的插值或其他变换方法来实现。
4. 调整图像：使用新的CDF映射，对待处理图像中的颜色级别进行调整，以匹配参考图像的颜色分布。
这通常涉及重新分配颜色级别的像素值。
5. 输出结果：输出调整后的图像，其颜色分布应与参考图像匹配。
直方图匹配的目标是改善图像的视觉一致性，使其具有与参考图像相似的颜色特性。
这在图像处理、计算机视觉和计算机图形学中用于各种应用，包括颜色校正、图像合成和图像增强。
基于颜色直方图的图像检索算法研究
基于颜色直方图的图像检索算法研究一、引言如今，在数字化的时代，图片已经成为信息传播和展示的重要媒体之一。
然而，在大量图片的海洋中，如何快速、准确地搜索所需图片，对于我们来说依然是一个挑战。
图像检索就是一种解决方案，其目标是根据用户提供的检索信息，从图片集合中找到相应图片。
然而，图像检索由于其数据量大、复杂度高等问题而难以实现。
本文将探讨基于颜色直方图的图像检索算法及其实现。
二、图像特征提取在图像检索中，图像特征提取是至关重要的步骤。
一种常用的方法是利用颜色直方图提取图像特征。
颜色直方图是一种从图像中获取颜色信息的直方图表示方法。
为了方便处理，通常将图像颜色分离为若干个离散的颜色区域。
对于一张彩色图像，将其转化为HSV色彩空间，然后对其进行颜色量化，将HSV色彩空间中的颜色映射到离散的颜色区域内，生成颜色直方图。
对于一张图像$I$，颜色直方图可以表示为：$$H(I)=\{\binom{h_1}{w_1},\binom{h_2}{w_2},\ldots,\binom{h_ n}{w_n}\}$$其中，$\binom{h_i}{w_i}$是直方图的一维表示，$h_i$为颜色值，$w_i$为像素数量。
三、图像相似度度量在图像检索中，图像相似度度量是另一个关键步骤。
对于基于颜色直方图的图像检索，可以使用直方图距离（Histogram Distance）作为相似度度量。
直方图距离是一种度量两张颜色直方图之间相似度的方法，其定义为两张颜色直方图之间的Euclidean Distance。
对于图像$I$和$J$：$$d(I,J)=\frac{1}{2}\sum_{i=1}^{n}(\binom{h_{i}}{w_{i}}-\binom{q_{i}}{w_{i}})^{2}$$其中，$\binom{h_{i}}{w_{i}}$和$\binom{q_{i}}{w_{i}}$分别为$I$和$J$的颜色直方图中的第$i$个bin的高度。
颜色直方图
颜录
02 类别 04 细分
颜色直方图是在许多图像检索系统中被广泛采用的颜色特征。它所描述的是不同色彩在整幅图像中所占的比 例，而并不关心每种色彩所处的空间位置，即无法描述图像中的对象或物体。颜色直方图特别适于描述那些难以 进行自动分割的图像。
概念
颜色直方图直方图中的数值都是统计而来，描述了该图像中关于颜色的数量特征，可以反映图像颜色的统计 分布和基本色调;直方图只包含了该图像中某一颜色值出现的频数，而丢失了某象素所在的空间位置信息;任一幅 图像都能唯一的给出一幅与它对应的直方图，但不同的图像可能有相同的颜色分布，从而就具有相同的直方图， 因此直方图与图像是一对多的关系;如将图像划分为若干个子区域，所有子区域的直方图之和等于全图直方图;一 般情况下，由于图像上的背景和前景物体颜色分布明显不同，从而在直方图上会出现双峰特性，但背景和前景颜 色较为接近的图像不具有这个特性。
HSL颜色空间：HSL(hue,saturation,lightness)颜色空间，色相hue,饱和度saturation,亮度 lightness/luminance,也称HLS或HSI（I指intensity）与 HSV非常相似，仅用亮度（lightness）替代了明度 （brightness）。二者区别在于，一种纯色的明度等于白色的明度，而纯色的亮度等于中度灰的亮度。
YUV颜色空间：在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD(点耦合器件)摄像机，它把摄得 的彩色图像信号，经分色、分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y、B －Y，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV色彩空间。 采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那 么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼 容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。根据美国国家电视制式委员会，NTSC制式的标准，亮度用Y来表示。 色差U、V是由B－Y、R－Y按不同比例压缩而成的。如果要由YUV空间转化成RGB空间，只要进行相反的逆运算即可。 与YUV色彩空间类似的还有Lab色彩空间，它也是用亮度和色差来描述色彩分量，其中L为亮度、a和b分别为各色 差分量。
颜色矩和颜色直方图基本概念笔记
∑==N j ij i P N 11μ颜色矩和颜色直方图基本概念笔记
1颜色矩
颜色矩是以数学方法为基础的，通过计算矩来描述颜色的分布。
通常直接在RGB 空间计算。
其颜色分布的前三阶矩表示为：
2 颜色直方图
设一幅图像包含M 个像素，图像的颜色空间被量化成N 个不同颜色。
颜色直方图H 定义为：
i i h p =
h i 为第i 种颜色在整幅图像中具有的像素数。
归一化为： p i =h i/M
由于RGB 颜色空间与人的视觉不一致，可将RGB 空间转换到视觉一致性空间。
除了转换到前面提及的HSI 空间外，还可以采用一种更简单的颜色空间：
其中max=255。
彩色图像变换成灰度图像的公式为：
g=(R+G+B)/3
其中R,G,B 为彩色图像的三个分量，g 为转换后的灰度值。
∑=-=N j i ij i P N 1212])(1[μσ∑=-=N j i ij i P N
1313])(1[μσ。
颜色直方图特征分割方法在火灾探测中的应用
（ ． ｏｌｇ ｆ ｏ ｐ ｔ ｃｅｃ １Ｃ ｌ ｅｏ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｅ＆Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ｕ ｑａ ｎｖｒｉ ， ｉ ｎ３ １２ ， ｈｎ ； ｅ Ｃ ｒ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｈ ａｉ Ｕ ｉｅ ｔ Ｘａ ６０ １Ｃ ｉ ｏ ｏ ｓｙ ｍｅ ａ ２ Ｃ ｌｇ ｆ ｎｏｍａｏ ｃ ｎ ｅ＆Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｈ ａｉ ｎｖｒｉ ， ｉ ｎ３ １２ ， ｈｎ ） ． ｏｌ ｅｏ ｆｒ ｔ ｎＳｉ ｃ ｅ Ｉ ｉ ｅ ｎｉｅｒ ， ｕ ｑ ｏＵ ｉｅｓｙ Ｘａ ６０ １Ｃ ｉａ ｎ ａ ｔ ｍｅ
中图分 类号 ：Ｐ９ ． １ Ｔ３ １４ 文献 标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：６３ ６９ ２１ ）７ ０９ — ３ １７ — ２Ｘ（０ １ ０ — １９ ０
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｌｒ Ｈｉｔ ｇ ａ Ｓ ｇ ｅ ｔ ｔ ｎ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｉ ｉｅ Ｄｅ ｅ ｔ ｎ ｐ ｉ ｔ ｆＣｏｏ ｓｏ ｒ ｍ ｅ ｍ ｎ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｆ ｒ ｔ ｃ ｉ ｃ ｏ ｏ ｏ
ｅ ｃ ｔｉｉａ ｔｇ ．Ｉ ｅｐｔ ｅ ｕ ｅ ｔｅｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ｏ ｌｘｔ ｎｄ ｔｃ ｏｎｐｏ ｅ ｓ ｎ ｅ ａ ｎｔ ｌ ａ ｅ ｔ ｌ ｒｄ ｃ ｈ ｏ ｕａ ｏ ａ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｉ ｅｅ ｔ ｒｃ ｓ．Ｆｏ ｉａ ｏｏ ｉｔｉｕ ｏ ｈｅｆａ ｏｏ ｉ ｓ ｈ ｏ ｉ ｌ ｙ ｉ ｒｕ ｑ ｅｃ ｌｒｄｓｒｂ ｔ ｎ，ｔ ｌｍｅｃ ｌｒｉ ｎ ｉ ｓ
陈 威 刘菁 华 ，
（． １华侨 大学 计算机科学与技术 学院， 福建 厦 门 ３ １２ ； ６０１ ２ 华侨 大 学 信 息科 学与 工程 学院 ， 建 厦 门 ３ １２ ） ． 福 ６ ０ １
摘 要： 火焰 目标 区域 的分 割是火 灾探 测 的重要 组成 部 分 。有 效 的 目标 区域 分 割方 法 可 以在 早 期 排除 掉 背景 的干 扰 ， 降
冠层特征提取方法
冠层特征提取方法引言冠层特征提取是计算机视觉领域的一个重要研究方向，其目的是从图像或视频中提取出冠层的特征信息，以便进行进一步的分析和应用。
冠层特征提取方法在医学影像分析、物体识别、行为识别等领域都有广泛的应用。
本文将介绍一些常用的冠层特征提取方法，并对其优缺点进行分析。
一、基于纹理特征的冠层特征提取方法1. 灰度共生矩阵（GLCM）灰度共生矩阵是一种基于冠层纹理特征的统计方法，通过统计图像中像素灰度值之间的关系，提取出冠层的纹理特征。
GLCM能够计算出冠层的对比度、能量、熵等特征，但对于冠层纹理复杂的图像效果不佳。
2. Gabor滤波器Gabor滤波器是一种基于冠层纹理的频域滤波方法，通过在不同尺度和方向上对图像进行滤波，提取冠层的纹理特征。
Gabor滤波器能够有效地提取出冠层的纹理信息，但计算复杂度较高。
3. 尺度不变特征变换（SIFT）SIFT是一种基于局部特征的冠层特征提取方法，通过检测图像中的关键点，并提取出关键点周围的局部特征描述子，实现对冠层的纹理特征提取。
SIFT具有尺度不变性和旋转不变性，但对于冠层纹理变化较大的情况下效果不佳。
二、基于颜色特征的冠层特征提取方法1. 颜色直方图颜色直方图是一种基于冠层颜色特征的统计方法，通过统计图像中各个颜色的像素数量，提取冠层的颜色分布特征。
颜色直方图能够有效地提取出冠层的颜色信息，但对于颜色信息变化较多的情况下效果不佳。
2. 色彩矩色彩矩是一种基于冠层颜色特征的统计方法，通过计算图像中各个颜色的均值、方差、偏度等统计量，提取冠层的颜色特征。
色彩矩能够有效地提取出冠层的颜色信息，但对于颜色信息分布不均匀的情况下效果不佳。
三、基于形状特征的冠层特征提取方法1. 边缘检测边缘检测是一种基于冠层形状特征的方法，通过检测图像中的边缘信息，提取出冠层的形状特征。
边缘检测能够有效地提取出冠层的形状信息，但对于冠层形状复杂的情况下效果不佳。
2. 轮廓描述子轮廓描述子是一种基于冠层形状特征的方法，通过对冠层轮廓进行采样，并提取出采样点的特征描述子，实现对冠层的形状特征提取。
常用的特征描绘子
常用的特征描绘子特征描述子是计算机视觉领域中的一种技术，用于对图像或视频中的对象进行描述和识别。
它们可以根据对比度、纹理、形状等特征对对象进行唯一、稳定和可重复的描述。
在下面，我将介绍一些常用的特征描述子。
1. 尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform，SIFT）：SIFT是一种常用的特征描述子，能够提取出在尺度、旋转和光照变化等条件下具有独特性的图像特征。
它使用高斯差分金字塔的图像梯度来检测兴趣点，并通过局部邻域的直方图统计来描述这些点的特征。
2. 加速稳健特征（Speeded Up Robust Features，SURF）：SURF是另一种基于尺度不变特征的描述子。
它通过使用快速哈尔小波变换来加速特征提取，并使用各方向图像积分将梯度信息捕捉到特征描述子中。
3. 方向梯度直方图（Histogram of Oriented Gradients，HOG）：HOG是一种用于检测和识别图像中物体的特征描述子。
它基于图像的局部梯度方向和强度来描述对象的形状。
HOG特征在行人检测和行为识别等任务中得到了广泛应用。
4. 颜色直方图（Color Histogram）：颜色直方图是用来描述图像中颜色分布的一种特征描述子。
它将图像中的像素按照颜色分布统计到不同的直方图区间内，以实现对颜色特征的描述。
颜色直方图在图像检索和物体识别等任务中常用。
5. 尺度不变特征点变换（Scale-Invariant Feature Point Transform，SIFTPT）：SIFTPT是一种基于尺度不变特征点的描述子。
它通过检测图像中的兴趣点和特征点，并描述其周围的局部区域，以实现对图像的描述和识别。
6. 零均值归一化亮度梯度（Zero-mean Normalized Gradient，ZMNG）：ZMNG是一种用于图像识别和目标跟踪的特征描述子，它通过归一化图像的亮度梯度来捕捉图像中的纹理和形状特征。
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颜色直方图, HSV直方图, histogram bins
颜色特征是在图像检索中应用最为广泛的视觉特征，主要原因在于颜色往往和图像中所包含的物体或场景十分相关。
此外，与其他的视觉特征相比，颜色特征对图像本身的尺寸、方向、视角的依赖性较小，从而具有较高的鲁棒性。
面向图像检索的颜色特征的表达涉及到若干问题。
首先，我们需要选择合适的颜色空间来描述颜色特征；其次，我们要采用一定的量化方法将颜色特征表达为向量的形式；最后，还要定义一种相似度（距离）标准用来衡量图像之间在颜色上的相似性。
在本节中，我们将主要讨论前两个问题，并介绍颜色直方图、颜色矩、颜色集、颜色聚合向量以及颜色相关图等颜色特征的表示方法。
1 颜色直方图
颜色直方图是在许多图像检索系统中被广泛采用的颜色特征。
它所描述的是不同色彩在整幅图像中所占的比例，而并不关心每种色彩所处的空间位置，即无法描述图像中的对象或物体。
颜色直方图特别适于描述那些难以进行自动分割的图像。
当然，颜色直方图可以是基于不同的颜色空间和坐标系。
最常用的颜色空间是RGB颜色空间，原因在于大部分的数字图像都是用这种颜色空间表达的。
然而，RGB空间结构并不符合人们对颜色相似性的主观判断。
因此，有人提出了基于HSV空间、Luv空间和Lab空间的颜色直方图，因为它们更接近于人们对颜色的主观认识。
其中HSV空间是直方图最常用的颜色空间。
它的三个分量分别代表色彩（Hue）、饱和度（Saturation）和值（Value）。
计算颜色直方图需要将颜色空间划分成若干个小的颜色区间，每个小区间成为直方图的一个bin。
这个过程称为颜色量化（color quantization）。
然后，通过计算颜色落在每个小区间内的像素数量可以得到颜色直方图。
颜色量化有许多方法，例如向量量化、聚类方法或者神经网络方法。
最为常用的做法是将颜色空间的各个分量（维度）均匀地进行划分。
相比之下，聚类算法则会考虑到图像颜色特征在整个空间中的分布情况，从而避免出现某些bin中的像素数量非常稀疏的情况，使量化更为有效。
另外，如果图像是RGB 格式而直方图是HSV空间中的，我们可以预先建立从量化的RGB空间到量化的HSV空间之间的查找表（look-up table），从而加快直方图的计算过程。
上述的颜色量化方法会产生一定的问题。
设想两幅图像的颜色直方图几乎相同，只是互相错开了一个bin，这时如果我们采用L1距离或者欧拉距离（见3.1.1节）计算两者的相似度，会得到很小的相似度值。
为了克服这个缺陷，需要考虑到相似但不相同的颜色之间的相似度。
一种方法是采用二次式距离[4]（见3.1.3节）。
另一种方法是对颜色直方图事先进行平滑过滤，即每个bin中的像素对于相邻的几个bin也有贡献。
这样，相似但不相同颜色之间的相似度对直方图的相似度也有所贡献。
选择合适的颜色小区间（即直方图的bin）数目和颜色量化方法与具体应用的性能和效率要求有关。
一般来说，颜色小区间的数目越多，直方图对颜色的分辨能力就越强。
然而，bin的数目很大的颜色直方图不但会增加计算负担，也不利于在大型图像库中建立索引。
而且对于某些应用来说，使用非常精细的颜色空间划分方法不一定能够提高检索效果，特别是对于不能容忍对相关图像错漏的那些应用。
另一种有效减少直方图bin的数目的办法是只选用那些数值最大（即像素数目最多）的bin来构造图像特征，因为这些表示主要颜色的bin能够表达图像中大部分像素的颜色。
实验证明这种方法并不会降低颜色直方图的检索效果。
事实上，由于忽略了那些数值较小的bin，颜色直方图对噪声的敏感程度降低了，有时会使检索效果更好。
两种采用主要颜色构造直方图的方法可以在文献[5,6]中找到。
2 颜色矩
另一种非常简单而有效的颜色特征使由Stricker 和Orengo所提出的颜色矩（color moments） [7]。
这种方法的数学基础在于图像中任何的颜色分布均可以用它的矩来表示。
此外，由于颜色分布信息主要集中在低阶矩中，因此仅采用颜色的一阶矩（mean）、二阶矩（variance）和三阶矩（skewness）就足以表达图像的颜色分布。
与颜色直方图相比，该方法的另一个好处在于无需对特征进行向量化。
因此，图像的颜色矩一共只需要9个分量（3个颜色分量，每个分量上3个低阶矩），与其他的颜色特征相比是非常简洁的。
在实际应用中为避免低次矩较弱的分辨能力，颜色矩常和其它特征结合使用，而且一般在使用其它特征前起到过滤缩小范围（narrow down）的作用。
3 颜色集
为支持大规模图像库中的快速查找，Smith和Chang提出了用颜色集（color sets）作为对颜色直方图的一种近似[8]。
他们首先将RGB颜色空间转化成视觉均衡的颜色空间（如HSV空间），并将颜色空间量化成若干个bin。
然后，他们用色彩自动分割技术将图像分为若干区域，每个区域用量化颜色空间的某个颜色分量来索引，从而将图像表达一个二进制的颜色索引集。
在图像匹配中，比较不同图像颜色集之间的距离和色彩区域的空间关系（包括区域的分离、包含、交等，每种对应于不同得评分）。
因为颜色集表达为二进制的特征向量，可以构造二分查找树来加快检索速度，这对于大规模的图像集合十分有利。
4 颜色聚合向量
针对颜色直方图和颜色矩无法表达图像色彩的空间位置的缺点，Pass[9]提出了图像的颜色聚合向量（color coherence vector）。
它是颜色直方图的一种演变，其核心思想是将属于直方图每一个bin的像素进行分为两部分：如果该bin内的某些像素所占据的连续区域的面积大于给定的阈值，则该区域内的像素作为聚合像素，否则作为非聚合像素。
假设αi与βi分别代表直方图的第i个bin中聚合像素和非聚合像素的数量，图像的颜色聚合向量可以表达为<(α1, β1), (α2, β2), …, (αN, βN)>。
而<α1 + β1, α2 + β2, …, αN +βN > 就是该图像的颜色直方图。
由于包含了颜色分布的空间信息，颜色聚合向量相比颜色直方图可以达到更好的检索效果。
5 颜色相关图
颜色相关图（color correlogram）是图像颜色分布的另一种表达方式[16]。
这种特征不但刻画了某一种颜色的像素数量占整个图像的比例，还反映了不同颜色对之间的空间相关性。
实验表明，颜色相关图比颜色直方图和颜色聚合向量具有更高的检索效率，特别是查询空间关系一致的图像。
如果考虑到任何颜色之间的相关性，颜色相关图会变得非常复杂和庞大(空间复杂度为O(N2d))。
一种简化的变种是颜色自动相关图（color auto-correlogram），它仅仅考察具有相同颜色的像素间的空间关系，因此空间复杂度降到O(Nd)。