一、介绍

图像直方图是用一表示数字图像中亮度分布的直方图，标绘了图像中每个亮度值的像素数。可以借助观察该直方图了解需要如何调整亮度分布的直方图。这种直方图中，横坐标的左侧为纯黑、较暗的区域，而右侧为较亮、纯白的区域。因此，一张较暗图片的图像直方图中的数据多集中于左侧和中间部分，而整体明亮、只有少量阴影的图像则相反。计算机视觉邻域常借助图像直方图来实现图像的二值化。

二、API函数

C++ Void calcHist(const Mat* images,//输入图像指针int images,// 图像数目const int* channels,// 通道数InputArray mask,// 输入mask，可选，不用OutputArray hist,//输出的直方图数据int dims,// 维数const int* histsize,// 直方图级数const float* ranges,// 值域范围bool uniform,// true by defaultbool accumulate)// false by defaut

函数cvRound，cvFloor，cvCeil 都是用一种舍入的方法将输入浮点数转换成整数：cvRound()：返回跟参数最接近的整数值，即四舍五入；
cvFloor()：返回不大于参数的最大整数值，即向下取整；
cvCeil()：返回不小于参数的最小整数值，即向上取整；

三、绘制图像直方图

1、使用API函数 calcHist计算图像直方图；

2、进行直方图归一化；

3、绘制各级直方图；

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
using namespace std;
using namespace cv;
int main()
{Mat src, dst;src = imread("1.jpg");cvtColor(src, src, COLOR_BGR2GRAY);int histSize = 16;float range[] = { 0, 256 };const float* histRange = { range };if (src.data && src.channels()==1){cout << "您输入的是灰度图像" << endl;Mat hist;calcHist(&src, 1, 0, Mat(), hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);//绘制直方图int hist_w = 512, hist_h = 400;//直方图中各点x轴距离int distance = cvRound((double)hist_w / histSize);//创建一个图像以显示直方图Mat histImage1(hist_h, hist_w, src.type(), Scalar(255, 255, 255));//归一化直方图normalize(hist, hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1,Mat());for (int i = 1; i < histSize; i++){// hist_h - cvRound(hist.at<float>(i)):hist.at<float>(i)存储的值是从图像//左上角为0开始计算的，所以需要使用hist_h减以后才是坐标轴的纵轴值line(histImage1, Point(distance * (i-1), hist_h - cvRound(hist.at<float>(i-1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(hist.at<float>(i))),Scalar(0,0,255),2,8,0);}namedWindow("calcHist1", WINDOW_AUTOSIZE);imshow("calcHist1", histImage1);}else if (src.data && src.channels() == 3){cout << "您输入的是彩色图像" << endl;vector<Mat> mv;split(src, mv);Mat b_hist, g_hist, r_hist;calcHist(&mv[0], 1, 0, Mat(), b_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);calcHist(&mv[1], 1, 0, Mat(), g_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);calcHist(&mv[2], 1, 0, Mat(), r_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);// 绘制直方图int hist_w = 512,hist_h = 400;int distance = cvRound((double)hist_w / histSize);Mat histImage(hist_h, hist_w, CV_8UC3, Scalar(255, 255, 255));normalize(b_hist, b_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());normalize(g_hist, g_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());normalize(r_hist, r_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());for (int i = 1; i < histSize; i++){//line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(b_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(b_hist.at<float>(i))),Scalar(255, 0, 0), 2, 8, 0);line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(g_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(g_hist.at<float>(i))),Scalar(0, 255, 0), 2, 8, 0);line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i))),Scalar(0, 0, 255), 2, 8, 0);}namedWindow("calcHist", WINDOW_AUTOSIZE);imshow("calcHist", histImage);}else{cout << "您未输入图像" << endl;return -1;}waitKey(0);return 0;
}

四、直方图比较

为了比较两个直方图( H1 和 H2 )，首先我们必须选择度量( d(H1,H2)来表示两个直方图的匹配度。
OpenCV实现函数cv :: compareHist进行比较。它还提供4种不同的指标来计算匹配：

相关性（CV_COMP_CORREL）(1为最相似)

其中：

N是直方图库的总数。

Chi-Square（CV_COMP_CHISQR）（0为最相似)

交点（method= CV_COMP_INTERSECT）（越大越相似)

Bhattacharyya distance ( CV_COMP_BHATTACHARYYA )（0为最相似)

Method	Base - Base
Correlation	1.000000
Chi-square	0.000000
Intersection	24.391548
Bhattacharyya	0.000000

#include<opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
using namespace std;
using namespace cv;
int main()
{Mat src, dst;src = imread("12.bmp");namedWindow("原图", WINDOW_AUTOSIZE);imshow("原图", src);int histSize = 16;float range[] = { 0, 256 };const float* histRange = { range };if (src.data && src.channels()==1){cout << "您输入的是灰度图像" << endl;Mat hist;calcHist(&src, 1, 0, Mat(), hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);//绘制直方图int hist_w = 512, hist_h = 400;//直方图中各点x轴距离int distance = cvRound((double)hist_w / histSize);//创建一个图像以显示直方图Mat histImage1(hist_h, hist_w, src.type(), Scalar(255, 255, 255));//归一化直方图normalize(hist, hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1,Mat());for (int i = 1; i < histSize; i++){// hist_h - cvRound(hist.at<float>(i)):hist.at<float>(i)存储的值是从图像//左上角为0开始计算的，所以需要使用hist_h减以后才是坐标轴的纵轴值line(histImage1, Point(distance * (i-1), hist_h - cvRound(hist.at<float>(i-1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(hist.at<float>(i))),Scalar(0,0,255),2,8,0);}namedWindow("calcHist1", WINDOW_AUTOSIZE);imshow("calcHist1", histImage1);}else if (src.data && src.channels() == 3){cout << "您输入的是彩色图像" << endl;vector<Mat> mv;split(src, mv);Mat b_hist, g_hist, r_hist;calcHist(&mv[0], 1, 0, Mat(), b_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);calcHist(&mv[1], 1, 0, Mat(), g_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);calcHist(&mv[2], 1, 0, Mat(), r_hist, 1, &histSize, &histRange, true, false);// 绘制直方图int hist_w = 512,hist_h = 400;int distance = cvRound((double)hist_w / histSize);Mat histImage(hist_h, hist_w, CV_8UC3, Scalar(255, 255, 255));normalize(b_hist, b_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());normalize(g_hist, g_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());normalize(r_hist, r_hist, 0, hist_h, NORM_MINMAX, -1, Mat());for (int i = 1; i < histSize; i++){//line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(b_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(b_hist.at<float>(i))),Scalar(255, 0, 0), 2, 8, 0);line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(g_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(g_hist.at<float>(i))),Scalar(0, 255, 0), 2, 8, 0);line(histImage, Point(distance * (i - 1), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i - 1))),Point(distance * (i), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i))),Scalar(0, 0, 255), 2, 8, 0);}//比较直方图相似度double similar = compareHist(b_hist, b_hist, CV_COMP_CORREL);cout << similar << endl;namedWindow("calcHist", WINDOW_AUTOSIZE);imshow("calcHist", histImage);}else{cout << "您未输入图像" << endl;return -1;}waitKey(0);return 0;
}

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