การใช้ OpenCV สร้างกราฟ Histogram จากรูป

บล็อกนี้ผมขอเสนอวิธีใช้ฟังก์ชั่นจาก OpenCV สร้างกราฟ Histogram จากค่าสีที่ได้จากรูปที่เป็น Grayscale นะครับ ซึ่งก็สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับรูปที่เป็น RGB หรือ HSV ได้เหมือนกันครับ

ก่อนอื่นเลย Histogram ของรูป คืออะไร.. มันก็คือกราฟที่เกิดจากการพลอตจำนวนของ pixel ที่ค่าสีนั้นๆ นั่นเอง แกน X คือค่าของสี ส่วนแกน Y คือจำนวนของ pixel (อ่านเพิ่มเติมได้ที่ Image histogram ครับ)

เมื่อเราทราบหลักการของการสร้าง Histogram จากรูปแล้ว เราก็มาดูที่โค้ดกันครับ เริ่มต้นเราก็ประกาศขนาดของ Histogram ครับ ให้มีขนาด 256 ช่อง (ค่าสีปกติจะมีค่าระหว่าง 0-255 ในที่นี้ผมจะให้ช่องหนึ่งคือค่าสีหนึ่งนะครับ ซึ่งค่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้แล้วแต่งานครับ)

int bins = 256;
int hsize[] = { bins };

ในโค้ดของผมนี้ผมจะสร้าง Histogram ที่เป็น uniform นะครับ เราก็ต้องกำหนดขอบเขตของค่า x ซึ่งต้องกำหนดตาม format ดังนี้ครับ โดย ranges[] จะต้องมีจำนวน dimension เท่ากับจำนวนค่าที่เป็นคู่ที่เราประกาศไว้ (คู่ 0 กับ 255)

float xranges[] = { 0, 255 };
float* ranges[] = { xranges };

เนื่องจากรูปตัวอย่างเป็น RGB เราก็ต้องแปลงให้เป็น Grayscale ก่อนนะครับ โดย image ในที่นี้คือรูปที่เราโหลดมาตั้งแต่ต้นนะครับ

IplImage* gray = cvCreateImage( cvGetSize( image ), 8, 1 );
cvCvtColor( image, gray, CV_BGR2GRAY );

จากนั้นเราต้องสร้างเพลน (plane) เพื่อมาคำนวณกราฟกันครับ ในที่นี้มีแค่ 1

IplImage* planes[] = { gray };

แล้วเราก็คำนวณค่าของ Histogram ดังนี้ โดยค่า 1 ตัวแรกหมายถึง จำนวน dimension ครับ ส่วน CV_HIST_ARRAY หมายถึงให้ type เป็นชนิด array และค่า 1 ตัวสุดท้ายหมายถึงว่าเป็น uniform ครับ

CvHistogram* hist = cvCreateHist( 1, hsize, CV_HIST_ARRAY, ranges, 1 );
cvCalHist( planes, hist, 0, NULL );

ในการคำนวณโดยใช้ cvCalHist นั้น เราเซตค่าที่ 3 ว่าให้เป็น 1 แปลว่า ถ้าสมมุติว่าเราวนลูปอ่านค่าสีจากรูปมาเรื่อยๆ เราสามารถบวกค่า pixel เพิ่มได้ในกราฟ Histogram อันเดิมครับ แต่ถ้าเป็น 0 ก็แปลว่าไม่ต้องบวกเพิ่ม ส่วนค่าสุดท้าย ถ้าไม่ใช่ NULL เราจะนำแค่จุด pixel ที่ไม่ใช่ 0 และมีการ mask ไว้ในรูปมาคำนวณครับ

ขั้นตอนต่อไป เราก็ต้องสร้างรูปขึ้นมาเพื่อแสดงผลครับ ในที่นี้เรากำหนดให้มีความสูงแค่ 50 พอครับ

IplImage* imgHistogram = cvCreateImage( cvGetSize( bins, 50 ), 8, 1 );
cvRectangle( imgHistogram, cvPoint( 0, 0 ), cvPoint( 256, 50 ), CV_RGB( 255, 255, 255 ), -1 ); // ค่าสุดท้ายคือค่า thickness ครับ ถ้าเป็น -1 แสดงว่าให้เป็นค่าสูงสุดเลย (เพื่อที่ว่าเราจะระบายสีขาวให้เต็มสีเหลี่ยมเลยครับ)

ขั้นตอนสุดท้ายเราก็วาดกราฟครับ และแสดงผล วิธีการก็คือดึงค่าออกมาทีละค่านั่นเอง แต่เนื่องจากเราเซตความสูงไว้ที่ 50 เราจะต้อง normalize ด้วยนะครับ แต่การที่เราจะ normalize ได้เราต้องมีค่าสูงสุดของ Histogram ก่อนครับ หาได้ดังนี้

float max_value = 0, min_value = 0;
cvGetMinMaxHistValue( hist, &min_value, $max_value );

และสุดท้ายจริงๆ ก็ดังนี้ครับ

cvNamedWindow( "histogram", 1 );
for( int i = 0; i < bins; i++ ) {
  float value = cvQueryHistValue_1D( hist, i );
  int normalized = cvRound( value * 50 / max_value );
  cvLine( imgHistogram, cvPoint( i, 50 ), cvPoint( i, 50 - normalized ), CV_RGB( 0, 0, 0 ) );
}
cvShowImage( "histogram", imgHistogram );

หวังว่าจะเป็นจุดอ้างอิงสำหรับผู้ที่เริ่มต้นสนใจในด้าน Image Processing นะครับ

Source code: hist.cc

credit: Isaias Gonzalez (siderevs at gmail dot com)

Author: zkan

Soon to be a newbie data scientist. I ♥ machine learning, computer vision, robotics, image processing, data visualization, and data analytics. View all posts by zkan