程序代码篇---项目目录结构&HSV掩膜&Opencv图像处理

---

---

前言

以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了项目目录结构、HSV掩膜、Opencv图像处理

---

第一部分：项目目录结构

一个程序项目的目录结构对于项目的组织、维护和扩展至关重要。一个清晰、合理的目录结构可以使项目更容易理解、协作和部署。以下是一个典型的程序项目目录结构，适用于多种编程语言和项目类型：

project-name/
│
├── README.md           # 项目说明文件（***）
├── LICENSE             # 项目许可证文件
├── .gitignore          # Git 版本控制忽略规则文件
├── .editorconfig       # 编辑器配置文件
├── .git                # 版本控制目录（Git）
│
├── docs                # 项目文档目录（***）
│   ├── development.md  # 开发文档（***）
│   ├── usage.md        # 使用说明（***）
│   └── ...             # 其他文档
│
├── src                 # 源代码目录（***）
│   ├── main.py         # 主程序入口（***）
│   ├── config          # 配置文件和目录（***）
│   │   └── settings.py # 配置设置
│   ├── utils           # 工具类和辅助函数（***）
│   │   └── helpers.py
│   ├── models          # 数据模型（***）
│   │   └── user.py
│   ├── views           # 视图层（MVC模式）
│   │   └── index.py
│   ├── controllers     # 控制器层（MVC模式）
│   │   └── auth.py
│   └── tests           # 测试代码目录（***）
│       ├── unit        # 单元测试
│       └── integration # 集成测试
│
├── static              # 静态文件目录，如CSS、JavaScript、图片等（***）
│   ├── css
│   ├── js
│   └── images（***）
│
├── templates           # 模板文件目录（用于Web项目）
│   ├── base.html
│   └── index.html
│
├── scripts             # 构建脚本或工具脚本（***）
│   ├── build.sh
│   └── deploy.sh
│
├── requirements.txt    # 项目依赖列表（Python项目）（***）
├── package.json        # 项目依赖和配置（Node.js项目）
├── package-lock.json   # 依赖锁定文件（Node.js项目）
└── vendor              # 第三方库或代码（某些语言的项目）

以下是各个目录和文件的简要说明：

1. README.md: 项目的说明文档，通常包含如何安装、配置和使用项目的信息。
2. LICENSE: 项目的许可证文件，说明了项目的使用、修改和分发条件。
3. .gitignore: 列出了Git版本控制系统中需要忽略的文件和目录。
4. .editorconfig: 提供了跨编辑器和IDE的代码风格统一配置。
5. docs: 项目文档目录，用于存放开发文档、用户手册等。
6. src: 源代码目录，是项目的主要开发区域。
   main.py: 程序的主入口文件。
   config: 配置文件和目录。
   utils: 工具类和辅助函数。
   models: 数据模型。
   views: 视图层，通常用于Web应用中的模板渲染。
   controllers: 控制器层，处理业务逻辑。
   tests: 测试代码目录，通常分为单元测试和集成测试。
7. static: 存放静态文件，如CSS样式表、JavaScript脚本和图片等。
8. templates: 存放模板文件，通常用于Web项目中的HTML模板。
9. scripts: 存放构建脚本、部署脚本或其他自动化脚本。
10. requirements.txt: Python项目的依赖列表。
11. package.json: Node.js项目的依赖和配置。
12. package-lock.json: Node.js项目的依赖锁定文件。
13. vendor: 存放第三方库或代码，这在某些编程语言的项目中很常见。

第二部分：HSV提取

在Python中，使用OpenCV库进行图像处理时，创建HSV（Hue, Saturation, Value）掩膜是一个常见的操作。通过HSV颜色空间，我们可以更轻松地分割出图像中特定颜色的区域。滑动条（Trackbar）可以用来动态调整HSV掩膜参数。

以下是一个使用OpenCV创建HSV掩膜，并通过滑动条动态调整参数的示例程序。

import cv2
import numpy as np

#初始化滑动条的默认值
hue_low = 0
hue_high = 179
sat_low = 0
sat_high = 255
val_low = 0
val_high = 255

#创建一个回调函数，这个函数会在滑动条被调整时被调用
def nothing(x):
    pass

#创建一个窗口用于显示结果
cv2.namedWindow('image')

#创建滑动条
cv2.createTrackbar('Hue Low', 'image', hue_low, 179, nothing)
cv2.createTrackbar('Hue High', 'image', hue_high, 179, nothing)
cv2.createTrackbar('Sat Low', 'image', sat_low, 255, nothing)
cv2.createTrackbar('Sat High', 'image', sat_high, 255, nothing)
cv2.createTrackbar('Val Low', 'image', val_low, 255, nothing)
cv2.createTrackbar('Val High', 'image', val_high, 255, nothing)

#读取图像
cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    # 读取帧
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break

    # 将图像从BGR颜色空间转换到HSV颜色空间
    hsv = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2HSV)

    # 获取滑动条的当前值
    hue_low = cv2.getTrackbarPos('Hue Low', 'image')
    hue_high = cv2.getTrackbarPos('Hue High', 'image')
    sat_low = cv2.getTrackbarPos('Sat Low', 'image')
    sat_high = cv2.getTrackbarPos('Sat High', 'image')
    val_low = cv2.getTrackbarPos('Val Low', 'image')
    val_high = cv2.getTrackbarPos('Val High', 'image')

    # 创建掩膜
    lower_bound = np.array([hue_low, sat_low, val_low])
    upper_bound = np.array([hue_high, sat_high, val_high])
    mask = cv2.inRange(hsv, lower_bound, upper_bound)

    # 将掩膜应用到原图像上
    result = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=mask)

    # 显示结果
    cv2.imshow('image', result)

    # 按'q'键退出循环
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

#释放摄像头
cap.release()
#关闭所有OpenCV窗口
cv2.destroyAllWindows()

在这个程序中，nothing函数是一个回调函数。回调函数是当某个事件发生时，由系统自动调用的函数。在这个例子中，滑动条的值被改变时，OpenCV会自动调用nothing函数。但是，这个函数实际上并不执行任何操作，它的存在只是为了满足OpenCV创建滑动条时对回调函数的需求。

以下是程序中重要部分的解释：

1. cv2.createTrackbar函数用于创建滑动条。它需要滑动条的名称、所在的窗口名称、默认值、最大值和回调函数。
2. cv2.getTrackbarPos函数用于获取滑动条的当前值。
3. cv2.inRange函数用于创建掩膜，它根据HSV范围过滤出特定颜色的区域。
4. cv2.bitwise_and函数用于将掩膜应用到原图像上，只显示掩膜内的图像部分。
   在这个程序中，我们不需要回调函数执行任何操作，因为我们通过cv2.getTrackbarPos函数在主循环中获取滑动条的值，并根据这些值更新掩膜。如果需要在滑动条值改变时执行特定的操作，可以在nothing函数中添加相应的代码。

HSV

HSV（Hue, Saturation, Value）颜色模型是一种将RGB颜色模型中的颜色分解为色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Value）三个分量的方式。以下是HSV三个参数的含义及其取值范围：

色调（Hue）

含义

含义：色调是色彩的基本属性，它反映了颜色的种类，例如红色、绿色或蓝色。在HSV颜色模型中，色调是通过颜色轮来表示的，不同的角度代表不同的颜色。

取值范围

取值范围：通常色调的取值范围是从0到360度（在一些实现中，如OpenCV，色调的取值范围是从0到179，因为它是按照色轮的256等分来计算的）。

饱和度（Saturation）

含义

含义：饱和度表示颜色的纯度，它描述了颜色中灰度成分的多少。饱和度越高，颜色看起来越鲜艳；饱和度越低，颜色看起来越灰暗。

取值范围

取值范围：饱和度的取值范围通常是0到100%，但在OpenCV中，它的取值范围是从0到255。

亮度（Value）

含义

含义：亮度代表了颜色的明亮程度，也可以理解为颜色被照亮的程度。亮度越高，颜色越接近白色；亮度越低，颜色越接近黑色。

取值范围

取值范围：亮度的取值范围也是从0到100%，在OpenCV中，它的取值范围是从0到255。
总结一下，在OpenCV中，HSV颜色模型的取值范围如下：

色调（H）：0到179
饱和度（S）：0到255
亮度（V）：0到255
这种表示方法使得HSV颜色模型在图像处理中特别有用，尤其是在需要分离颜色和亮度信息的情况下。例如，**通过调整色调，我们可以选择图像中的特定颜色；****通过调整饱和度，我们可以选择颜色的深浅；**通过调整亮度，我们可以选择图像中的明亮或暗淡区域。

第三部分：Opencv图像处理

在图像处理领域，OpenCV是一个广泛使用的开源库，它提供了大量的函数来处理和分析图像。以下是一些OpenCV中常见的图像处理函数及其使用流程的详细解释：

1. 读取和显示图像

import cv2

#读取图像
image = cv2.imread('path_to_image.jpg')

#显示图像
cv2.imshow('Image Window', image)

#等待按键后关闭窗口
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
cv2.imread(): 读取图像文件。
cv2.imshow(): 在窗口中显示图像。
cv2.waitKey(): 等待按键事件，参数是毫秒数，0表示无限等待。
cv2.destroyAllWindows(): 关闭所有OpenCV创建的窗口。

2. 转换颜色空间

#将BGR图像转换为灰度图像
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

#将BGR图像转换为HSV图像
hsv_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2HSV)
cv2.cvtColor(): 将图像从一种颜色空间转换到另一种颜色空间。

3. 边缘检测

#使用Canny算法进行边缘检测
edges = cv2.Canny(image, threshold1, threshold2)
cv2.Canny(): 使用Canny算法检测图像中的边缘。

4. 形态变换

#定义一个核
kernel = np.ones((5,5), np.uint8)

#腐蚀操作
erosion = cv2.erode(image, kernel, iterations=1)

#膨胀操作
dilation = cv2.dilate(image, kernel, iterations=1)
cv2.erode(): 图像腐蚀，用于缩小前景对象。
cv2.dilate(): 图像膨胀，用于扩大前景对象。

5. 图像阈值

#应用简单的阈值
ret, thresh1 = cv2.threshold(gray_image, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

#应用自适应阈值
thresh2 = cv2.adaptiveThreshold(gray_image, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv2.THRESH_BINARY, 11, 2)
cv2.threshold(): 应用固定阈值到图像上。
cv2.adaptiveThreshold(): 应用自适应阈值到图像上。

6. 图像平滑

#应用高斯模糊
gaussian_blur = cv2.GaussianBlur(image, (5,5), 0)

#应用中值模糊
median_blur = cv2.medianBlur(image, 5)
cv2.GaussianBlur(): 使用高斯模糊对图像进行平滑处理。
cv2.medianBlur(): 使用中值模糊对图像进行平滑处理。

7. 图像轮廓

#找到轮廓
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh1, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

#绘制轮廓
cv2.drawContours(image, contours, -1, (0,255,0), 3)
cv2.findContours(): 在二值图像中找到轮廓。
cv2.drawContours(): 在图像上绘制轮廓。

这些函数是OpenCV图像处理的基础，通过组合使用这些函数，可以实现复杂的图像处理任务。每个函数都有其特定的参数和返回值，理解这些参数对于有效地使用OpenCV进行图像处理至关重要。

---

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了项目目录结构、HSV掩膜、Opencv图像处理