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【youcans 的 OpenCV 例程200篇】208. Photoshop 對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整算法

對(duì)比度是指圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測(cè)量，差異范圍越大代表對(duì)比越大。 當(dāng)對(duì)比率達(dá)到 120:1 就可以容易地顯示生動(dòng)、豐富的色彩，對(duì)比率高達(dá) 300:1 時(shí)就可支持各階的顏色。

對(duì)比度對(duì)視覺(jué)效果的影響非常關(guān)鍵。高對(duì)比度對(duì)于圖像的清晰度、細(xì)節(jié)表現(xiàn)、灰度層次表現(xiàn)都有很大幫助。

對(duì)比度調(diào)整的目的通常是增強(qiáng)對(duì)比度，形成清晰的圖像效果和醒目的視覺(jué)沖擊力。

Photoshop 提供了自動(dòng)對(duì)比度調(diào)整功能（AutoContrast），通過(guò)自動(dòng)將圖像最深的顏色加強(qiáng)為黑色，最亮的部分加強(qiáng)為白色，以增強(qiáng)圖像的亮度和暗度的對(duì)比度。

Photoshop 中的自動(dòng)對(duì)比度調(diào)整算法，與自動(dòng)色階調(diào)整算法基本相同，區(qū)別在于對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整不是對(duì)三個(gè)通道分別調(diào)整，而是對(duì)各通道按統(tǒng)一的比例進(jìn)行調(diào)整。首先獲取圖像的亮度信息，然后根據(jù)修剪比例對(duì)亮度進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍的拉伸，同比例調(diào)整 R,G,B 三個(gè)通道，因此不會(huì)出現(xiàn)色偏問(wèn)題。

Enhance Monochromatic Contrast
Clips all channels identically. This preserves the overall color relationship while making highlights appear lighter and shadows appear darker. The Auto Contrast command uses this algorithm.

參考文獻(xiàn)： Set Auto adjustment options (adobe.com)

輸入色階調(diào)整，先根據(jù)黑場(chǎng)閾值和白場(chǎng)閾值對(duì)圖像的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行線性拉伸，再根據(jù)灰場(chǎng)調(diào)節(jié)值進(jìn)行伽馬變換，對(duì)發(fā)白（曝光過(guò)度）或過(guò)暗（曝光不足）進(jìn)行矯正。

$$\begin{array}{rl}& V_1=?\begin{array}{ll}0& ,V_{in}<S_{in}\\ 255& ,V_{in}>H_{in}\\ 255?(V_{in}?S_{in})/(H_{in}?S_{in})& ,else\end{array}\\ & \\ & V_2=255?(V_1/255{)}^{1/M}\end{array}$$

輸出色階調(diào)整是基于動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行線性拉伸：

$$V_{out}=?\begin{array}{ll}0& ,V_2<0\\ 255& ,V_2>255\\ S_{out}+(H_{out}?S_{out})?V_2?/255& ,else\end{array}$$

例程 14.15：Photoshop 對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整算法

本例程實(shí)現(xiàn) Photoshop 的對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整算法，對(duì)三個(gè)通道同時(shí)調(diào)整。

# 14.15 Photoshop 對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整算法def autoLevels(img, cutoff=0.1): # 自動(dòng)色階調(diào)整channels = img.shape[2] # h,w,chtable = np.zeros((1,256,3), np.uint8)for ch in range(channels):# cutoff=0.1, 計(jì)算 0.1%, 99.9% 分位的灰度值low = np.percentile(img[:,:,ch], q=cutoff) # ch 通道, cutoff=0.1, 0.1 分位的灰度值high = np.percentile(img[:,:,ch], q=100 - cutoff) # 99.9 分位的灰度值, [0, high] 占比99.9%# 輸入動(dòng)態(tài)線性拉伸Sin = min(max(low, 0), high - 2) # Sin, 黑場(chǎng)閾值, 0<=Sin<HinHin = min(high, 255) # Hin, 白場(chǎng)閾值, Sin<Hin<=255difIn = Hin - SinV1 = np.array([(min(max(255*(i-Sin)/difIn, 0), 255)) for i in range(256)])# 灰場(chǎng)伽馬調(diào)節(jié)gradMed = np.median(img[:,:,ch]) # 拉伸前的中值Mt = V1[int(gradMed)] / 128. # 拉伸后的映射值V2 = 255 * np.power(V1/255, 1/Mt) # 伽馬調(diào)節(jié)# 輸出線性拉伸Sout, Hout = 5, 250 # Sout 輸出黑場(chǎng)閾值, Hout 輸出白場(chǎng)閾值difOut = Hout - Souttable[0, :, ch] = np.array([(min(max(Sout + difOut*V2[i]/255, 0), 255)) for i in range(256)])return cv.LUT(img, table)def autoContrast(img, cutoff): # 自動(dòng)對(duì)比度調(diào)整gray = cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2GRAY) # 轉(zhuǎn)換為灰度圖像# 計(jì)算 0.1%, 99.9% 分位的灰度值Sin = np.percentile(gray, q=cutoff) # cutoff=0.1, 0.1 分位的灰度值Hin = np.percentile(gray, q=100 - cutoff) # 99.9 分位的灰度值, [0, per999] 占比99.9%# 輸入動(dòng)態(tài)線性拉伸difIn = Hin - SinV1 = np.array([(min(max(255 * (i-Sin)/difIn,0), 255)) for i in range(256)])# 灰場(chǎng)伽馬調(diào)節(jié), Mt: 0.01~9.99gradMed = np.median(gray) # 拉伸前的中值Mt = V1[int(gradMed)] / 160. # 拉伸后的映射值V2 = 255 * np.power(V1/255, 1/Mt) # 伽馬調(diào)節(jié)# 輸出線性拉伸Sout, Hout = 5, 250 # Sout 輸出黑場(chǎng)閾值, Hout 輸出白場(chǎng)閾值difOut = Hout - Souttable = np.array([(min(max(Sout + difOut*V2[i]/255, 0), 255)) for i in range(256)]).astype("uint8")imgTone = cv.LUT(img, table)return imgTone# Photoshop 自動(dòng)對(duì)比度調(diào)整算法img = cv.imread("../images/Fig0310b.tif", flags=1) # 讀取彩色圖像# img = cv.imread("../images/demist02.png", flags=1) # 讀取彩色圖像# 色階自動(dòng)調(diào)整cutoff = 0.1 # 截?cái)啾壤? 建議范圍 [0.0,1.0]levelsAuto = autoLevels(img, cutoff)# 對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整cutoff = 0.1 # 截?cái)啾壤? 建議范圍 [0.0,1.0]contrastAuto = autoContrast(img, cutoff)plt.figure(figsize=(9, 6))plt.subplot(131), plt.title("Origin"), plt.axis('off')plt.imshow(cv.cvtColor(img, cv.COLOR_BGR2RGB))plt.subplot(132), plt.title("AutoLevels"), plt.axis('off')plt.imshow(cv.cvtColor(levelsAuto, cv.COLOR_BGR2RGB))plt.subplot(133), plt.title("AutoContrast"), plt.axis('off')plt.imshow(cv.cvtColor(contrastAuto, cv.COLOR_BGR2RGB))plt.tight_layout()plt.show()

例程運(yùn)行結(jié)果的上圖接近灰度圖像，色階自動(dòng)調(diào)整與對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整的效果類似，沒(méi)有明顯的區(qū)別。而在下圖中出，色階自動(dòng)調(diào)整由于對(duì) R/G/B 三個(gè)通道單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整，出現(xiàn)了明顯的色偏問(wèn)題；而對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整則不會(huì)發(fā)生色偏。

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【本節(jié)完】

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參考文獻(xiàn)： Use the Photoshop Levels adjustment (adobe.com)
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201. 圖像的顏色空間轉(zhuǎn)換
202. 查表快速替換（cv.LUT）
203. 偽彩色圖像處理
204. 圖像的色彩風(fēng)格濾鏡
205. 調(diào)節(jié)色彩平衡/飽和度/明度
206. Photoshop 色階調(diào)整算法
207. Photoshop 色階自動(dòng)調(diào)整算法
208. Photoshop 對(duì)比度自動(dòng)調(diào)整算法

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【OpenCV 例程200篇】208. Photoshop 对比度自动调整算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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