彩色照片主體區域之選取

本文所提方法利用 HSV 色彩空間範圍限定選擇主體區域，換言之，以 照片中主體像素在 HSV 色彩空間的分佈特性來選取主體區域。首先簡短介紹 HSV 色彩空間的基本性質。HSV 色彩空間是由色調 (Hue)、飽和度 (Saturation)、

亮度 (Value) 三項參數所組成，它是一種接近吾人對色彩感受的直覺性色彩空 間，也可說是當人接觸到色彩時會怎麼去詮釋它的途徑；當我們想要去指定某種 色彩時，使用 HSV 色彩空間是人性化的選擇。圖 3-2 為 HSV 色彩空間的圖解範 例，我們可以看到一個圓椎形的圖示。圓錐的頂點代表了亮度值為 0 的點 (即 V

= 0)，也就是亮度值最小的地方，故感覺會是全黑。而在上方的圓錐面附近代表 亮度值為 1 的區域，在色彩飽和度為 1 的前提下觀察可以看到各種色調最鮮明的 色彩。色彩飽和度亦可解釋為色彩的濃度，在圓錐中心軸處由於飽和度 (濃度) 為 0，故在亮度不為 0 的時侯也沒有色調的資訊，看起來像是由全白而灰而全黑 的區域。而最外層的一圈則代表了從 0 度到 360 度的各種不同基本色調。

圖 3-2：HSV 色彩空間的模型

要使用 HSV 色彩空間，需先將輸入之彩色圖像 (RGB image) 由 RGB 色彩空間轉換至 HSV 色彩空間，即圖 3-1 中色彩空間轉換處理 (RGB-HSV transform)。首先取 R、G、B 中最大值做為亮度值 (Value)，接著取 R、G、B 的

範圍值除以亮度值得到飽和度 (Saturation)，然後由 R、G、B 中最大值得知色調

Hue values in degrees and in the range [0, 359]

Saturation and Value are in the range [0, 1]

Value = Max (R, G, B)

Saturation = (Max (R, G, B) - Min(R, G, B)) / Max (R, G, B) If (R==G==B) Hue is undefined

If (R == Max (R, G, B)) Hue = 60 * (G – B) / (Max (R, G, B) - Min(R, G, B))

359

’ 0

’

圖 3-3：東方人皮膚的色調值分佈範圍

觀察出圖像中主體物件色調值 (Hue) 分佈範圍後，即可藉由此資訊將圖 像中的主體區域選取出來。其做法相當直覺，吾人只需將圖片中色調值分佈於所 指定主體物件色調值範圍內 (如前述東方人皮膚之 330 度以上以及 30 度以下) 的像素 (pixel) 擷取即可以得到主體區域遮罩影像 (mask)。吾人在選取主體物件 色調值範圍有二種方法，第一種是手動指定主體物件色調值範圍，只對特定的視 覺目標做加強；第二種為根據在畫面上占了最大比例的色調來決定主體物件色調 值範圍。第一種方法如同上述的人類皮膚範例，吾人只需藉由肉眼及圖 3-3 之色 調值表即可觀察出圖像中主體物件之色調值分佈範圍。圖 3-4 是以第一種方法對 圖像做主體辨識的結果，白色部份即是選取出來的主體區域。

圖 3-4：左圖為待處理的彩色圖像，右圖為經 HSV 主體區域範圍選取而得的遮 罩影像，右圖白色部份即為主體區域

HSV 主體區域範圍選取的第二種方法則需先統計出整張圖像所有像素

此公式是將色調統計圖表中色調 (Hue) 值分布在某範圍 (大於 i-Neighborhood 且小於 i+Neighborhood 間的區域) 的數量加總起來

(Neighborhood 是可以在程式中設定的參數)，吾人使 i 從 0 到 359 移動，以找到 上述總合最大的 SUM[i]，並將其中的 i 訂為選定的色調值 (chosen hue：Hc)。此 選定色調值 (Hc) 代表的意義是待處理圖像中主體物件的色調絕大多數分佈在 此選定色調值附近。其中 Neighborhood 參數的大小會影響到選定的色調值的結 果，故必需訂得適中。而式中的求餘 (modulus) 部份是由於色調值為 0 度到 360 度的循環分佈，故超過 360 度如 361 度就要算 1 度即 361 modulus 360 = 1 而-1 度算 359 度，依此類推。圖 3-6 為上述處理之圖示：

圖 3-6：自動找尋主體物件色調分佈範圍圖示

當 Hc 值確定後，便可訂一 DIFF 參數，然後從待處理的數位圖像 (圖 3-5 左) 中找出所有與選定色調 (Hc) 相差值小於 DIFF 的像素 (pixels)， 以構成 一個遮罩影像 (M)，遮罩影像即涵蓋了原數位影像中之主體區域。DIFF 也是影 響選取主體物件的精確度的重要參數之一，以下是遮罩影像的選取方法。

i(x,y)：圖片中橫座標為 x, 縱座標為 y 的像素色調值

M = { (x, y) | | i(x,y) - Hc| < DIFF } for each

i

x

y

age

在 HSV 色彩空間中，除了由色調值 (Hue) 來決定主體物件的選取外，

尚可加入飽和度 (Saturation) 與亮度 (Value) 的考量。由於當飽和度達極值成為 全白或亮度達極值成為全黑時，通常不是我們所要選取的區域，故可以考慮將亮 度值及濃度值介於某些範圍外的部份濾掉，後面的實作中吾人暫不做此處理。