【OpenCV • c++】颜色数据结构与颜色空间转换

2023-06-29

模型颜色 cv

🚀个人简介：CSDN「博客新星」TOP10，C/C++领域新星创作者💟作  者：锡兰_CC❣️📝专  栏：【OpenCV•c++】计算机视觉🌈若有帮助，还请关注➕点赞➕收藏，不行的话我再努努力💪💪💪文章目录一、颜色模型1、RGB颜色模型2、YUV

🚀 个人简介：CSDN「博客新星」TOP 10 ， C/C++ 领域新星创作者
💟 作者：锡兰_CC ❣️
📝 专栏：【OpenCV • c++】计算机视觉
🌈 若有帮助，还请关注➕点赞➕收藏，不行的话我再努努力💪💪💪

文章目录

- 一、颜色模型
- - 1、 RGB颜色模型
  - 2、YUV颜色模型
  - 3、HSV颜色模型
  - 4、Lab颜色模型
  - 5、GRAY颜色模型
- 二、颜色数据结构
- 三、颜色空间转换
- - 参考代码

一、颜色模型

1、 RGB颜色模型

该模型的命名方式是采用三种颜色的英文首字母组成，分别是红色（Red）、绿色（Green）和蓝色（Blue）。虽然该颜色模型的命名方式是红色在前，但是在OpenCV中却是相反的顺序，第一个通道时蓝色（B）分量，第二个通道时绿色（G）分量，第三个通道时红色（R）分量。
三个通道对于颜色描述的范围是相同的，因此RGB颜色模型的空间构成是一个立方体。在RGB颜色模型中，所有的颜色都是由这三种颜色通过不同比例的混合得到，如果三种颜色分量都为0，则表示为黑色，如果三种颜色的分量相同且都为最大值，则表示为白色。每个通道都表示某一种颜色由0到1的过程，不同位数的图像表示将这个颜色变化过程细分成不同的层级，例如8U3C格式的图像每个通道将这个过程量化成 256 个等级，分别由 0 到 255 表示。在这个模型的基础上增加第四个通道即为 RGBA 模型，第四个通道表示颜色的透明度，当没有透明度需求的时候，RGBA 模型就会退化成 RGB 模型。

2、YUV颜色模型

YUV模型是电视信号系统所采用的颜色编码方式。这三个变量分别表示是像素的亮度（Y）以及红色分量与亮度的信号差值（U）和蓝色与亮度的差值（V）。这种颜色模型主要用于视频和图像的传输，该模型的产生与电视机的发展历程密切相关。由于彩色电视机在黑白电视机发明之后才产生，因此用于彩色电视机的视频信号需要能够兼容黑白电视机。彩色电视机需要三个通道的数据才能显示彩色，而黑白电视机只需要一个通道的数据即可，因此为了使视频信号能够兼容彩色电视与黑白电视，将RGB编码方式转变成YUV的编码方式，其Y通道是图像的亮度，黑白电视只需要使用该通道就可以显示黑白视频图像，而彩色相机通过将YUV编码转成RGB编码方式，便可以在彩色电视种显示彩色图像，较好的解决了同一个视频信号兼容不同类型电视的问题。RGB模型与YUV模型之间的转换关系如式所示，其中RGB取值范围均为 0-255。

3、HSV颜色模型

HSV是色度（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Value）的简写，通过名字也可以看出来该模型通过这三个特性对颜色进行描述。色度是色彩的基本属性，就是平时常说的颜色，例如红色，蓝色等；饱和度是指颜色的纯度，饱和度越高色彩越纯越艳，饱和度越低色彩则逐渐地变灰变暗，饱和度的取值范围是由 0 到 100% 。亮度是颜色的明亮程度，其取值范围由 0 到计算机中允许的最大值。由于色度、饱和度和亮度的取值范围不同，因此其颜色空间模型用锥形表示。相比于RGB模型三个颜色分量与最终颜色联系不直观的缺点，HSV模型更加符合人类感知颜色的方式：颜色、深浅以及亮暗。

4、Lab颜色模型

Lab颜色模型弥补了RGB模型的不足，是一种设备无关的颜色模型，是一种基于生理特征的颜色模型。在模型中 L 表示亮度（Luminosity），a 和 b 是两个颜色通道，两者的取值区间都是由 -128 到 +127 ，其中 a 通道数值由小到大对应的颜色是从绿色变成红色，b 通道数值由小到大对应的颜色是由蓝色变成黄色。其构成的颜色空间是一个球形。

5、GRAY颜色模型

GRAY模型并不是一个彩色模型，他是一个灰度图像的模型，其命名使用的是英文单词 gray 的全字母大写。灰度图像只有单通道，灰度值根据图像位数不同由0到最大依次表示由黑到白，例如8UC1格式中，由黑到白被量化成了 256 个等级，通过 0-255 表示，其中 255 表示白色。彩色图像具有颜色丰富、信息含量大的特性，但是灰度图在图像处理中依然具有一定的优势。例如，灰度图像具有相同尺寸相同压缩格式所占容量小，易于采集，便于传输等优点。

二、颜色数据结构

Scalar代表一个 4 元素的向量，在OpenCV中被广泛用于传输像素值，比如 RGB 颜色。RGB颜色值有三个参数，如果不需要第四个参数，可以不写出来，只写三个参数。下面演示定义一个颜色表达式。

Scalar( a, b ,c);
1

在这个颜色表达式中，蓝色分量为a，绿色分量为b，红色分量为a。
注意：在OpenCV中默认的图片通道存储顺序是BGR,也就是蓝绿红，不是RGB。

三、颜色空间转换

cvtColor()是OpenCV中颜色空间转换函数，可以实现RGB颜色向HSV,HSI等颜色空间的转换，也可以转换为灰度图像。

参考代码

void cv::cvtColor(InputArray src, OutputArray dst, int code, int dstCn = 0)
1

其中，第一个参数表示输入图像，第二个参数表示输出图像，第三个参数表示颜色空间转换的标识符，第四个参数表示目标图像的通道数，若该参数值为 0，表示目标图像取源图像的通道数。
下面是常见的颜色空间转换的标识符。

下面是官方文档的标识符：

cv::ColorConversionCodes { 
  cv::COLOR_BGR2BGRA = 0, 
  cv::COLOR_RGB2RGBA = COLOR_BGR2BGRA, 
  cv::COLOR_BGRA2BGR = 1, 
  cv::COLOR_RGBA2RGB = COLOR_BGRA2BGR, 
  cv::COLOR_BGR2RGBA = 2, 
  cv::COLOR_RGB2BGRA = COLOR_BGR2RGBA, 
  cv::COLOR_RGBA2BGR = 3, 
  cv::COLOR_BGRA2RGB = COLOR_RGBA2BGR, 
  cv::COLOR_BGR2RGB = 4, 
  cv::COLOR_RGB2BGR = COLOR_BGR2RGB, 
  cv::COLOR_BGRA2RGBA = 5, 
  cv::COLOR_RGBA2BGRA = COLOR_BGRA2RGBA, 
  cv::COLOR_BGR2GRAY = 6, 
  cv::COLOR_RGB2GRAY = 7, 
  cv::COLOR_GRAY2BGR = 8, 
  cv::COLOR_GRAY2RGB = COLOR_GRAY2BGR, 
  cv::COLOR_GRAY2BGRA = 9, 
  cv::COLOR_GRAY2RGBA = COLOR_GRAY2BGRA, 
  cv::COLOR_BGRA2GRAY = 10, 
  cv::COLOR_RGBA2GRAY = 11, 
  cv::COLOR_BGR2BGR565 = 12, 
  cv::COLOR_RGB2BGR565 = 13, 
  cv::COLOR_BGR5652BGR = 14, 
  cv::COLOR_BGR5652RGB = 15, 
  cv::COLOR_BGRA2BGR565 = 16, 
  cv::COLOR_RGBA2BGR565 = 17, 
  cv::COLOR_BGR5652BGRA = 18, 
  cv::COLOR_BGR5652RGBA = 19, 
  cv::COLOR_GRAY2BGR565 = 20, 
  cv::COLOR_BGR5652GRAY = 21, 
  cv::COLOR_BGR2BGR555 = 22, 
  cv::COLOR_RGB2BGR555 = 23, 
  cv::COLOR_BGR5552BGR = 24, 
  cv::COLOR_BGR5552RGB = 25, 
  cv::COLOR_BGRA2BGR555 = 26, 
  cv::COLOR_RGBA2BGR555 = 27, 
  cv::COLOR_BGR5552BGRA = 28, 
  cv::COLOR_BGR5552RGBA = 29, 
  cv::COLOR_GRAY2BGR555 = 30, 
  cv::COLOR_BGR5552GRAY = 31, 
  cv::COLOR_BGR2XYZ = 32, 
  cv::COLOR_RGB2XYZ = 33, 
  cv::COLOR_XYZ2BGR = 34, 
  cv::COLOR_XYZ2RGB = 35, 
  cv::COLOR_BGR2YCrCb = 36, 
  cv::COLOR_RGB2YCrCb = 37, 
  cv::COLOR_YCrCb2BGR = 38, 
  cv::COLOR_YCrCb2RGB = 39, 
  cv::COLOR_BGR2HSV = 40, 
  cv::COLOR_RGB2HSV = 41, 
  cv::COLOR_BGR2Lab = 44, 
  cv::COLOR_RGB2Lab = 45, 
  cv::COLOR_BGR2Luv = 50, 
  cv::COLOR_RGB2Luv = 51, 
  cv::COLOR_BGR2HLS = 52, 
  cv::COLOR_RGB2HLS = 53, 
  cv::COLOR_HSV2BGR = 54, 
  cv::COLOR_HSV2RGB = 55, 
  cv::COLOR_Lab2BGR = 56, 
  cv::COLOR_Lab2RGB = 57, 
  cv::COLOR_Luv2BGR = 58, 
  cv::COLOR_Luv2RGB = 59, 
  cv::COLOR_HLS2BGR = 60, 
  cv::COLOR_HLS2RGB = 61, 
  cv::COLOR_BGR2HSV_FULL = 66, 
  cv::COLOR_RGB2HSV_FULL = 67, 
  cv::COLOR_BGR2HLS_FULL = 68, 
  cv::COLOR_RGB2HLS_FULL = 69, 
  cv::COLOR_HSV2BGR_FULL = 70, 
  cv::COLOR_HSV2RGB_FULL = 71, 
  cv::COLOR_HLS2BGR_FULL = 72, 
  cv::COLOR_HLS2RGB_FULL = 73, 
  cv::COLOR_LBGR2Lab = 74, 
  cv::COLOR_LRGB2Lab = 75, 
  cv::COLOR_LBGR2Luv = 76, 
  cv::COLOR_LRGB2Luv = 77, 
  cv::COLOR_Lab2LBGR = 78, 
  cv::COLOR_Lab2LRGB = 79, 
  cv::COLOR_Luv2LBGR = 80, 
  cv::COLOR_Luv2LRGB = 81, 
  cv::COLOR_BGR2YUV = 82, 
  cv::COLOR_RGB2YUV = 83, 
  cv::COLOR_YUV2BGR = 84, 
  cv::COLOR_YUV2RGB = 85, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_NV12 = 90, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_NV12 = 91, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_NV21 = 92, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_NV21 = 93, 
  cv::COLOR_YUV420sp2RGB = COLOR_YUV2RGB_NV21, 
  cv::COLOR_YUV420sp2BGR = COLOR_YUV2BGR_NV21, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_NV12 = 94, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_NV12 = 95, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_NV21 = 96, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_NV21 = 97, 
  cv::COLOR_YUV420sp2RGBA = COLOR_YUV2RGBA_NV21, 
  cv::COLOR_YUV420sp2BGRA = COLOR_YUV2BGRA_NV21, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_YV12 = 98, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_YV12 = 99, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_IYUV = 100, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_IYUV = 101, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_I420 = COLOR_YUV2RGB_IYUV, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_I420 = COLOR_YUV2BGR_IYUV, 
  cv::COLOR_YUV420p2RGB = COLOR_YUV2RGB_YV12, 
  cv::COLOR_YUV420p2BGR = COLOR_YUV2BGR_YV12, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_YV12 = 102, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_YV12 = 103, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_IYUV = 104, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_IYUV = 105, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_I420 = COLOR_YUV2RGBA_IYUV, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_I420 = COLOR_YUV2BGRA_IYUV, 
  cv::COLOR_YUV420p2RGBA = COLOR_YUV2RGBA_YV12, 
  cv::COLOR_YUV420p2BGRA = COLOR_YUV2BGRA_YV12, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_420 = 106, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_NV21 = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_NV12 = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_YV12 = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_IYUV = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_I420 = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV420sp2GRAY = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV420p2GRAY = COLOR_YUV2GRAY_420, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_UYVY = 107, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_UYVY = 108, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_Y422 = COLOR_YUV2RGB_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_Y422 = COLOR_YUV2BGR_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_UYNV = COLOR_YUV2RGB_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_UYNV = COLOR_YUV2BGR_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_UYVY = 111, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_UYVY = 112, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_Y422 = COLOR_YUV2RGBA_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_Y422 = COLOR_YUV2BGRA_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_UYNV = COLOR_YUV2RGBA_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_UYNV = COLOR_YUV2BGRA_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_YUY2 = 115, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_YUY2 = 116, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_YVYU = 117, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_YVYU = 118, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_YUYV = COLOR_YUV2RGB_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_YUYV = COLOR_YUV2BGR_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2RGB_YUNV = COLOR_YUV2RGB_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2BGR_YUNV = COLOR_YUV2BGR_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_YUY2 = 119, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_YUY2 = 120, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_YVYU = 121, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_YVYU = 122, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_YUYV = COLOR_YUV2RGBA_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_YUYV = COLOR_YUV2BGRA_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2RGBA_YUNV = COLOR_YUV2RGBA_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2BGRA_YUNV = COLOR_YUV2BGRA_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_UYVY = 123, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_YUY2 = 124, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_Y422 = COLOR_YUV2GRAY_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_UYNV = COLOR_YUV2GRAY_UYVY, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_YVYU = COLOR_YUV2GRAY_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_YUYV = COLOR_YUV2GRAY_YUY2, 
  cv::COLOR_YUV2GRAY_YUNV = COLOR_YUV2GRAY_YUY2, 
  cv::COLOR_RGBA2mRGBA = 125, 
  cv::COLOR_mRGBA2RGBA = 126, 
  cv::COLOR_RGB2YUV_I420 = 127, 
  cv::COLOR_BGR2YUV_I420 = 128, 
  cv::COLOR_RGB2YUV_IYUV = COLOR_RGB2YUV_I420, 
  cv::COLOR_BGR2YUV_IYUV = COLOR_BGR2YUV_I420, 
  cv::COLOR_RGBA2YUV_I420 = 129, 
  cv::COLOR_BGRA2YUV_I420 = 130, 
  cv::COLOR_RGBA2YUV_IYUV = COLOR_RGBA2YUV_I420, 
  cv::COLOR_BGRA2YUV_IYUV = COLOR_BGRA2YUV_I420, 
  cv::COLOR_RGB2YUV_YV12 = 131, 
  cv::COLOR_BGR2YUV_YV12 = 132, 
  cv::COLOR_RGBA2YUV_YV12 = 133, 
  cv::COLOR_BGRA2YUV_YV12 = 134, 
  cv::COLOR_BayerBG2BGR = 46, 
  cv::COLOR_BayerGB2BGR = 47, 
  cv::COLOR_BayerRG2BGR = 48, 
  cv::COLOR_BayerGR2BGR = 49, 
  cv::COLOR_BayerBG2RGB = COLOR_BayerRG2BGR, 
  cv::COLOR_BayerGB2RGB = COLOR_BayerGR2BGR, 
  cv::COLOR_BayerRG2RGB = COLOR_BayerBG2BGR, 
  cv::COLOR_BayerGR2RGB = COLOR_BayerGB2BGR, 
  cv::COLOR_BayerBG2GRAY = 86, 
  cv::COLOR_BayerGB2GRAY = 87, 
  cv::COLOR_BayerRG2GRAY = 88, 
  cv::COLOR_BayerGR2GRAY = 89, 
  cv::COLOR_BayerBG2BGR_VNG = 62, 
  cv::COLOR_BayerGB2BGR_VNG = 63, 
  cv::COLOR_BayerRG2BGR_VNG = 64, 
  cv::COLOR_BayerGR2BGR_VNG = 65, 
  cv::COLOR_BayerBG2RGB_VNG = COLOR_BayerRG2BGR_VNG, 
  cv::COLOR_BayerGB2RGB_VNG = COLOR_BayerGR2BGR_VNG, 
  cv::COLOR_BayerRG2RGB_VNG = COLOR_BayerBG2BGR_VNG, 
  cv::COLOR_BayerGR2RGB_VNG = COLOR_BayerGB2BGR_VNG, 
  cv::COLOR_BayerBG2BGR_EA = 135, 
  cv::COLOR_BayerGB2BGR_EA = 136, 
  cv::COLOR_BayerRG2BGR_EA = 137, 
  cv::COLOR_BayerGR2BGR_EA = 138, 
  cv::COLOR_BayerBG2RGB_EA = COLOR_BayerRG2BGR_EA, 
  cv::COLOR_BayerGB2RGB_EA = COLOR_BayerGR2BGR_EA, 
  cv::COLOR_BayerRG2RGB_EA = COLOR_BayerBG2BGR_EA, 
  cv::COLOR_BayerGR2RGB_EA = COLOR_BayerGB2BGR_EA, 
  cv::COLOR_BayerBG2BGRA = 139, 
  cv::COLOR_BayerGB2BGRA = 140, 
  cv::COLOR_BayerRG2BGRA = 141, 
  cv::COLOR_BayerGR2BGRA = 142, 
  cv::COLOR_BayerBG2RGBA = COLOR_BayerRG2BGRA, 
  cv::COLOR_BayerGB2RGBA = COLOR_BayerGR2BGRA, 
  cv::COLOR_BayerRG2RGBA = COLOR_BayerBG2BGRA, 
  cv::COLOR_BayerGR2RGBA = COLOR_BayerGB2BGRA, 
  cv::COLOR_COLORCVT_MAX = 143 
}
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案例演示：

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

using namespace std;
using namespace cv;

int main() {
Mat srcImage, dstImage;
srcImage = cv::imread("...cc.png");
if (!srcImage.data)
return 1;
cvtColor(srcImage, dstImage, COLOR_BGR2Lab);
imshow("原图",srcImage);
imshow("效果图", dstImage);
waitKey(0);
return 0;
}
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