Android/JAVA 图像分析-识别主要颜色

Android的同学可以参考另一篇:Android识别图片中的颜色
有些项目可能会遇到这类需求,识别一套服装或者其他物体的颜色信息,以此来判定他的颜色风格。如果业务交由于后端的话压力可能会比较大,其实前端自行处理一下就好了,逻辑也不复杂。

彩色图像的颜色模型有很多种形式,RGB、YUV、HSV、CMYK,其中在图像处理以RGB最为直观理解且显示器系统采用就是此类模型,而HSV更符合人眼的颜色分辨,通常在HSV颜色空间下进行颜色识别。

RGB的局限性

RGB 是我们接触最多的颜色空间,由三个通道表示一幅图像,分别为红色(R),绿色(G)和蓝色(B)。这三种颜色的不同组合可以形成几乎所有的其他颜色。

RGB 颜色空间是图像处理中最基本、最常用、面向硬件的颜色空间,比较容易理解。

RGB 色空间利用三个颜色分量的线性组合来表示颜色,任何颜色都与这三个分量有关,而且这三个分量是高度相关的,所以连续变换颜色时并不直观,想对图像的颜色进行调整需要更改这三个分量才行。

自然环境下获取的图像容易受自然光照、遮挡和阴影等情况的影响,即对亮度比较敏感。而 RGB 颜色空间的三个分量都与亮度密切相关,即只要亮度改变,三个分量都会随之相应地改变,而没有一种更直观的方式来表达。

但是人眼对于这三种颜色分量的敏感程度是不一样的,在单色中,人眼对红色最不敏感,蓝色最敏感,所以 RGB 颜色空间是一种均匀性较差的颜色空间。如果颜色的相似性直接用欧氏距离来度量,其结果与人眼视觉会有较大的偏差。对于某一种颜色,我们很难推测出较为精确的三个分量数值来表示。

所以,RGB 颜色空间适合于显示系统,却并不适合于图像处理。

HSV颜色空间

基于上述理由,在图像处理中使用较多的是 HSV颜色空间,它比 RGB 更接近人们对彩色的感知经验。非常直观地表达颜色的色调、鲜艳程度和明暗程度,方便进行颜色的对比。

HSV 颜色空间下,比RGB更容易跟踪某种颜色的物体,常用于分割指定颜色的物体。

HSV 表达彩色图像的方式由三个部分组成:

  • Hue(色调、色相)
  • Saturation(饱和度、色彩纯净度)
  • Value(明度)

用下面这个圆柱体来表示 HSV 颜色空间,圆柱体的横截面可以看做是一个极坐标系 ,H 用极坐标的极角表示,S 用极坐标的极轴长度表示,V 用圆柱中轴的高度表示。

颜色识别的思路

  1. 统计图像中的颜色比重情况
  2. 合并相近的颜色输
  3. 得到新的结果

代码实现

  • 颜色识别

    /**
         * 颜色分析
         * @param bitmap 位图(建议分辨率先压缩到256基准,当quality为10耗时大概[100-200]ms)
         * @param quality 质量(颜色合并遍历次数)
         * @param take 取前几个结果
         */
        fun analyzeImageColor(bitmap: Bitmap, quality: Int = 10, take: Int) {
    
            /**<颜色,计数>*/
            val allColor = ConcurrentHashMap<Int, Int>()
            //统计所有颜色,相同颜色计数累加
            for (y in 0 until bitmap.height) {
                for (x in 0 until bitmap.width) {
                    bitmap.getPixel(x, y).let {
                        if (allColor.containsKey(it)) allColor[it]!! + 1 else 1
                    }
                }
            }
            //倒序排序
            val sortColor = allColor.toList().sortedByDescending { it.second }
                .toMap().toMutableMap()
    
            val hsv1 = FloatArray(3)
            val hsv2 = FloatArray(3)
            Log.i("合并前", "${sortColor.size}")
            for (i in 0 until min(quality, sortColor.size)) {
                if (sortColor.size > i) {
                    val iterator = sortColor.iterator()
                    var first = iterator.next()
                    //move head
                    for (j in (0 until i)) {
                        first = iterator.next()
                    }
                    while (iterator.hasNext()) {
                        val second = iterator.next()
                        Color.colorToHSV(first.key, hsv1)
                        Color.colorToHSV(second.key, hsv2)
                        //颜色相似判断及合并
                        if (checkColorSimilar(hsv1, hsv2)) {
                            first.setValue(first.value + second.value)
                            iterator.next()
                        }
                    }
    
                }
            }
            Log.i("合并后", "${sortColor.size}")
    
            //结果取数量最多的前[take]个数据,
            //List<颜色,数量>,结合实际需求自行封装成想要的数据
            val result = sortColor.toList().sortedByDescending { it.second }.take(take)
        }
    
        /**
         * 颜色相似判定
         */
        fun checkColorSimilar(hsv1: FloatArray, hsv2: FloatArray): Boolean {
            val similarH = 10f
            val similarS = 0.05
            val similarV = 0.05
            return when {
                abs(hsv1[0] - hsv2[0]) < similarH -> true
    
                abs(hsv1[0] - hsv2[0]) < similarH * 2
                && abs(hsv1[1] - hsv2[1]) < similarS -> true
    
                abs(hsv1[0] - hsv2[0]) < similarH * 2
                && abs(hsv1[2] - hsv2[2]) < similarV -> true
    
                else->false
            }
        }
    
  • RGB转HSV

    public static HSV RGB2HSV(RGB rgb) {
        float r =(float) rgb . getR () / 255;
        float g =(float) rgb . getG () / 255;
        float b =(float) rgb . getB () / 255;
        float max = max (r, g, b);
        float min = min (r, g, b);
        float h = 0;
        if (r == max)
            h = (g - b) / (max - min);
        if (g == max)
            h = 2 + (b - r) / (max - min);
        if (b == max)
            h = 4 + (r - g) / (max - min);
        h *= 60;
        if (h < 0) h += 360;
        HSV hsv = new HSV(h, (max - min) / max, max);
        return hsv;
    }
    

参考

RGB、HSV和HSL颜色空间

RGB转 HSV

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