计算图像亮度直方图

灰度直方图是什么

图像的像素值大小用灰度来描述，通常而言灰度值范围为【0，255】，也称为灰度级。而灰度直方图（Gray histogram）是关于灰度级的分布函数，是图像灰度级分布的统计。简单地说，灰度直方图就是将图像中所有的像素点，按照灰度值的大小，统计其出现的频率。因此，灰度直方图是灰度级的函数，它表示了图像中具有某种灰度级（亮度）的像素个数，反映了图像中某种灰度级（亮度）出现的频率。

灰度直方图也称亮度直方图（Brightness histogram）。

灰度直方图有何作用

利用灰度直方图反应图像某种灰度级的出现频率这一特性，通过分析灰度直方图便可以知道图像的灰度级分布情况。从而可以选择一个或者多个合适的阈值，以供图像分割、边缘查找、阈值化操作等图像处理算子使用。所以灰度直方图一般用于以下的图像处理的阈值选择中。

• 阈值化操作（阈值分割、图像二值化等）
• 图像分割
• 边缘查找

如何计算灰度直方图

了解了灰度直方图的原理之后，计算灰度直方图就非常简单了。灰度直方图的本质为一个概率分布函数probability density function （PDF）。

计算步骤

代码

• 头文件

#pragma once
// Copyright https://mangoroom.cn
// License(MIT)
// Author:mango
// gray histogram | 灰度直方图
// this is gray_histogram.h 

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<array>

namespace imageprocess
{
    // gray histogram 
    void GrayHistogram(const cv::Mat& gray_image, std::array<int, 256>& histogram);

    // histogram array to Mat
    void Histogram2Mat(const std::array<int, 256>& histogram, cv::Mat& histogram_mat);

}//namespace imageproccess

• 源文件

// Copyright https://mangoroom.cn
// License(MIT)
// Author:mango
// gray histogram | 灰度直方图
// this is gray_histogram.cpp

#include"gray_histogram.h"

void imageprocess::GrayHistogram(const cv::Mat& gray_image, std::array<int, 256>& histogram)
{
    // check the input parameter : 检查输入参数
    assert(gray_image.channels() == 1); 
    assert(histogram.size() == 256);

    // step1: All elements of the histogram array are assigned a value of 0 : 将数组histogram所有的元素赋值为0
    histogram = { 0 };

    // step2: Do hf[f(x,y)]+1 for all pixels of the image: 对图像所有元素，做hf[f(x,y)]+1
    for (size_t i = 0; i < gray_image.rows; i++)
    {
        for (size_t j = 0; j < gray_image.cols; j++)
        {
            int z = gray_image.at<uchar>(i, j);
            histogram.at(z) += 1;
        }
    }
}

void imageprocess::Histogram2Mat(const std::array<int, 256>& histogram, cv::Mat& histogram_mat)
{
    // Check the input parameter :检查输入参数
    assert(histogram.size() == 256);

    // step1: calculate the row of mat : 计算mat的row值
    int row = 0;
    for (size_t i = 0; i < histogram.size(); i++)
    {
        row = row > histogram.at(i) ? row : histogram.at(i);
    }
    
    // step2: initialize mat : 初始化mat
    histogram_mat = cv::Mat::zeros(row, 256, CV_8UC1);

    // step3: assign value for mat : 为mat赋值
    for (size_t i = 0; i < 256; i++)
    {
        int gray_level = histogram.at(i);

        if (gray_level > 0)
        {
            histogram_mat.col(i).rowRange(cv::Range(row - gray_level, row)) = 255;
        }
    }

    // step4: resize the histogram mat : 缩放直方图
    cv::resize(histogram_mat, histogram_mat, cv::Size(256, 256));
}

• 测试

// Copyright https://mangoroom.cn
// License(MIT)
// Author:mango
// image proccess algorithm  | 图像处理算法
// this is main.cpp

#include"gray_histogram.h"

int main()
{
    cv::Mat src_image = cv::imread("./images/lena.jpg", cv::IMREAD_GRAYSCALE);
    
    std::array<int, 256> histogram = { 0 };
    imageprocess::GrayHistogram(src_image, histogram);

    cv::Mat histogram_mat;
    imageprocess::Histogram2Mat(histogram, histogram_mat);

    cv::imshow("lena-histogram", histogram_mat);
    cv::imwrite("./images/lena-histogram.jpg", histogram_mat);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

原图

直方图

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本文链接：https://mangoroom.cn/opencv/calculate-brightness-histogram-of-image.html