视频清晰度、色偏以及亮度异常检测

原文链接：http://blog.csdn.net/kklots/article/details/12720359
        1.失焦检测。
        失焦的主要表现就是画面模糊，衡量画面模糊的主要方法就是梯度的统计特征，通常梯度值越高，画面的边缘信息越丰富，图像越清晰。需要注意的是梯度信息与每一个视频本身的特点有关系，如果画面中本身的纹理就很少，即使不失焦，梯度统计信息也会很少，对监控设备失焦检测需要人工参与的标定过程，由人告诉计算机某个设备正常情况下的纹理信息是怎样的。

/********************************************************************************
*函数描述：  DefRto 计算并返回一幅图像的清晰度
*函数参数： frame  彩色帧图
*函数返回值：double   清晰度表示值，针对该视频，当清晰度小于10为模糊，大于14为清楚
*********************************************************************************/
double DefRto(Mat frame)
{
    Mat gray;
    cvtColor(frame,gray,CV_BGR2GRAY);
    IplImage *img = &(IplImage(gray));
    double temp = 0;
    double DR = 0;
    int i,j;//循环变量
    int height=img->height;
    int width=img->width;
    int step=img->widthStep/sizeof(uchar);
    uchar *data=(uchar*)img->imageData;
    double num = width*height;

    for(i=0;i
    {
        for(j=0;j
        {
            temp += sqrt((pow((double)(data[(i+1)*step+j]-data[i*step+j]),2) + pow((double)(data[i*step+j+1]-data[i*step+j]),2)));
            temp += abs(data[(i+1)*step+j]-data[i*step+j])+abs(data[i*step+j+1]-data[i*step+j]);
        }
    }
    DR = temp/num;
    return DR;
}

/******************************************************************************** 
*函数描述：  DefRto 计算并返回一幅图像的清晰度    
*函数参数： frame  彩色帧图 
*函数返回值：double   清晰度表示值，针对该视频，当清晰度小于10为模糊，大于14为清楚                   
*********************************************************************************/  
double DefRto(Mat frame)  
{  
    Mat gray;  
    cvtColor(frame,gray,CV_BGR2GRAY);  
    IplImage *img = &(IplImage(gray));  
    double temp = 0;  
    double DR = 0;  
    int i,j;//循环变量  
    int height=img->height;  
    int width=img->width;  
    int step=img->widthStep/sizeof(uchar);  
    uchar *data=(uchar*)img->imageData;  
    double num = width*height;  
  
    for(i=0;i

        2.色偏检测。
        网上常用的一种方法是将RGB图像转变到CIE L*a*b*空间，其中L*表示图像亮度，a*表示图像红/绿分量，b*表示图像黄/蓝分量。通常存在色偏的图像，在a*和b*分量上的均值会偏离原点很远，方差也会偏小；通过计算图像在a*和b*分量上的均值和方差，就可评估图像是否存在色偏。计算CIE L*a*b*空间是一个比较繁琐的过程，好在OpenCV提供了现成的函数，因此整个过程也不复杂。

/********************************************************************************************
*函数描述：  calcCast    计算并返回一幅图像的色偏度以及，色偏方向
*函数参数：  InputImg    需要计算的图片，BGR存放格式，彩色（3通道），灰度图无效
*           cast        计算出的偏差值，小于1表示比较正常，大于1表示存在色偏
*           da          红/绿色偏估计值，da大于0，表示偏红；da小于0表示偏绿
*           db          黄/蓝色偏估计值，db大于0，表示偏黄；db小于0表示偏蓝
*函数返回值： 返回值通过cast、da、db三个应用返回，无显式返回值
*********************************************************************************************/
void colorException(Mat InputImg,float& cast,float& da,float& db)
{
    Mat LABimg;
    cvtColor(InputImg,LABimg,CV_BGR2Lab);//参考http://blog.csdn.net/laviewpbt/article/details/9335767
                                       //由于OpenCV定义的格式是uint8，这里输出的LABimg从标准的0～100，-127～127，-127～127，被映射到了0～255，0～255，0～255空间
    float a=0,b=0;
    int HistA[256],HistB[256];
    for(int i=0;i<256;i++)
    {
        HistA[i]=0;
        HistB[i]=0;
    }
    for(int i=0;i
    {
        for(int j=0;j
        {
            a+=float(LABimg.at(i,j)[1]-128);//在计算过程中，要考虑将CIE L*a*b*空间还原 后同
            b+=float(LABimg.at(i,j)[2]-128);
            int x=LABimg.at(i,j)[1];
            int y=LABimg.at(i,j)[2];
            HistA[x]++;
            HistB[y]++;
        }
    }
    da=a/float(LABimg.rows*LABimg.cols);
    db=b/float(LABimg.rows*LABimg.cols);
    float D =sqrt(da*da+db*db);
    float Ma=0,Mb=0;
    for(int i=0;i<256;i++)
    {
        Ma+=abs(i-128-da)*HistA[i];//计算范围-128～127
        Mb+=abs(i-128-db)*HistB[i];
    }
    Ma/=float((LABimg.rows*LABimg.cols));
    Mb/=float((LABimg.rows*LABimg.cols));
    float M=sqrt(Ma*Ma+Mb*Mb);
    float K=D/M;
    cast = K;
    return;
}

/******************************************************************************************** 
*函数描述：  calcCast    计算并返回一幅图像的色偏度以及，色偏方向    
*函数参数：  InputImg    需要计算的图片，BGR存放格式，彩色（3通道），灰度图无效 
*           cast        计算出的偏差值，小于1表示比较正常，大于1表示存在色偏 
*           da          红/绿色偏估计值，da大于0，表示偏红；da小于0表示偏绿 
*           db          黄/蓝色偏估计值，db大于0，表示偏黄；db小于0表示偏蓝 
*函数返回值： 返回值通过cast、da、db三个应用返回，无显式返回值 
*********************************************************************************************/  
void colorException(Mat InputImg,float& cast,float& da,float& db)  
{  
    Mat LABimg;  
    cvtColor(InputImg,LABimg,CV_BGR2Lab);//参考http://blog.csdn.net/laviewpbt/article/details/9335767  
                                       //由于OpenCV定义的格式是uint8，这里输出的LABimg从标准的0～100，-127～127，-127～127，被映射到了0～255，0～255，0～255空间  
    float a=0,b=0;  
    int HistA[256],HistB[256];  
    for(int i=0;i<256;i++)  
    {  
        HistA[i]=0;  
        HistB[i]=0;  
    }  
    for(int i=0;i(i,j)[1]-128);//在计算过程中，要考虑将CIE L*a*b*空间还原 后同  
            b+=float(LABimg.at(i,j)[2]-128);  
            int x=LABimg.at(i,j)[1];  
            int y=LABimg.at(i,j)[2];  
            HistA[x]++;  
            HistB[y]++;  
        }  
    }  
    da=a/float(LABimg.rows*LABimg.cols);  
    db=b/float(LABimg.rows*LABimg.cols);  
    float D =sqrt(da*da+db*db);  
    float Ma=0,Mb=0;  
    for(int i=0;i<256;i++)  
    {  
        Ma+=abs(i-128-da)*HistA[i];//计算范围-128～127  
        Mb+=abs(i-128-db)*HistB[i];  
    }  
    Ma/=float((LABimg.rows*LABimg.cols));  
    Mb/=float((LABimg.rows*LABimg.cols));  
    float M=sqrt(Ma*Ma+Mb*Mb);  
    float K=D/M;  
    cast = K;  
    return;  
}  

        3.亮度检测。
        亮度检测与色偏检测相似，计算图片在灰度图上的均值和方差，当存在亮度异常时，均值会偏离均值点（可以假设为128），方差也会偏小；通过计算灰度图的均值和方差，就可评估图像是否存在过曝光或曝光不足。函数如下：

/*********************************************************************************************************************************************************
*函数描述：  brightnessException     计算并返回一幅图像的色偏度以及，色偏方向
*函数参数：  InputImg    需要计算的图片，BGR存放格式，彩色（3通道），灰度图无效
*           cast        计算出的偏差值，小于1表示比较正常，大于1表示存在亮度异常；当cast异常时，da大于0表示过亮，da小于0表示过暗
*函数返回值： 返回值通过cast、da两个引用返回，无显式返回值
**********************************************************************************************************************************************************/
void brightnessException (Mat InputImg,float& cast,float& da)
{
    Mat GRAYimg;
    cvtColor(InputImg,GRAYimg,CV_BGR2GRAY);
    float a=0;
    int Hist[256];
    for(int i=0;i<256;i++)
    Hist[i]=0;
    for(int i=0;i
    {
        for(int j=0;j
        {
            a+=float(GRAYimg.at(i,j)-128);//在计算过程中，考虑128为亮度均值点
            int x=GRAYimg.at(i,j);
            Hist[x]++;
        }
    }
    da=a/float(GRAYimg.rows*InputImg.cols);
    float D =abs(da);
    float Ma=0;
    for(int i=0;i<256;i++)
    {
        Ma+=abs(i-128-da)*Hist[i];
    }
    Ma/=float((GRAYimg.rows*GRAYimg.cols));
    float M=abs(Ma);
    float K=D/M;
    cast = K;
    return;
}

/********************************************************************************************************************************************************* 
*函数描述：  brightnessException     计算并返回一幅图像的色偏度以及，色偏方向    
*函数参数：  InputImg    需要计算的图片，BGR存放格式，彩色（3通道），灰度图无效 
*           cast        计算出的偏差值，小于1表示比较正常，大于1表示存在亮度异常；当cast异常时，da大于0表示过亮，da小于0表示过暗 
*函数返回值： 返回值通过cast、da两个引用返回，无显式返回值 
**********************************************************************************************************************************************************/  
void brightnessException (Mat InputImg,float& cast,float& da)  
{  
    Mat GRAYimg;  
    cvtColor(InputImg,GRAYimg,CV_BGR2GRAY);  
    float a=0;  
    int Hist[256];  
    for(int i=0;i<256;i++)  
    Hist[i]=0;  
    for(int i=0;i(i,j)-128);//在计算过程中，考虑128为亮度均值点  
            int x=GRAYimg.at(i,j);  
            Hist[x]++;  
        }  
    }  
    da=a/float(GRAYimg.rows*InputImg.cols);  
    float D =abs(da);  
    float Ma=0;  
    for(int i=0;i<256;i++)  
    {  
        Ma+=abs(i-128-da)*Hist[i];  
    }  
    Ma/=float((GRAYimg.rows*GRAYimg.cols));  
    float M=abs(Ma);  
    float K=D/M;  
    cast = K;  
    return;  
}  

        最后展示一下结果

可以发现：当亮度变低时，失焦检测显示结果为：模糊。这是由于失焦检测依赖于梯度统计，亮度变低时，会导致梯度值整体下降，从而导致检测不正确。一种更好的方法是利用亮度检测的结果，合理设定失焦检测的报警阈值，避免这种情况。