概述

OpenCV4.x發(fā)布以后，有很多新的特性與黑科技支持，無論是支持OpenVINO加速、圖計算模塊、二維碼識別，還是DNN中新增加的人臉檢測與識別模型，作為OpenCV開發(fā)者的我深深被吸引，幾乎只要有時間就會一個一個的去發(fā)現與之前的不同之處。OpenCV DNN模塊，不僅支持圖像分類、對象檢測、人臉檢測、圖像分割等操作除外，還支持對灰度圖像的自動彩色化轉換，而且效果十分靠譜，親測有效！

著色模型(colorization model)

該模型是在2016發(fā)表在ECCV上面的，該模型與之前的基于CNN模型的不同之處在于，它是一個無監(jiān)督的學習過程，不會把著色對象與訓練生成看成是一個回歸問題、而且是使用CIE Lab色彩空間，使用L分量作為輸入，輸出為顏色分量a，b，通過對顏色分量進行量化，把網絡作為一個分類問題對待， 對得到輸出結果，最終加上L分量之后，得到著色之后的圖像，模型架構如下：

其中卷積層每一個block是有幾個重復的conv卷積操作與ReLU + BN層構成！其中藍色部分，是a，b顏色的313對ab量化表示。最終學習到的就是WxHx313輸出，進一步轉換為Color ab的輸出, 加上L分量之后就是完整的圖像輸出！313對ab色彩空間量化表示如下：

針對自然場景下，ab值較低導致生成圖像的失真問題，作者通過分類再平衡技術依靠訓練階段，通過對損失函數調整像素權重，實現了比較好的效果。作者的github上可以查看該模型的實現源碼。

模型下載地址如下

https://github.com/e-lab/ENet-training

論文地址

https://arxiv.org/abs/1606.02147

OpenCV中使用

下載ENet預訓練模型，通過OpenCV DNN支持，可以實現加載模型與執(zhí)行推斷，對大多數的灰度圖像實現自然著色，毫無違和感！步驟如下：

加載模型

modelTxt="D:/projects/models/color/colorization_deploy_v2.prototxt";
modelBin="D:/projects/models/color/colorization_release_v2.caffemodel";
pts_txt="D:/projects/models/color/pts_in_hull.npy";

#加載網絡
net=cv.dnn.readNetFromCaffe(modelTxt,modelBin)
pts_in_hull=np.load(pts_txt)#loadclustercenters

#populateclustercentersas1x1convolutionkernel
pts_in_hull=pts_in_hull.transpose().reshape(2,313,1,1)
net.getLayer(net.getLayerId('class8_ab')).blobs=[pts_in_hull.astype(np.float32)]
net.getLayer(net.getLayerId('conv8_313_rh')).blobs=[np.full([1,313],2.606,np.float32)]

轉換輸入與執(zhí)行

frame=cv.imread("D:/images/yuan_test.png")
h,w=frame.shape[:2]
img_rgb=(frame[:,:,[2,1,0]]*1.0/255).astype(np.float32)

#色彩空間轉換
img_lab=cv.cvtColor(img_rgb,cv.COLOR_BGR2Lab)
img_l=img_lab[:,:,0]#pulloutLchannel
(H_orig,W_orig)=img_rgb.shape[:2]#originalimagesize

#resize為輸入網絡圖像大小
img_rs=cv.resize(img_rgb,(W_in,H_in))
img_lab_rs=cv.cvtColor(img_rs,cv.COLOR_BGR2Lab)

#選擇一L通道分量
img_l_rs=img_lab_rs[:,:,0]
img_l_rs-=50#subtract50formean-centering

#輸入L分量，開始操作
net.setInput(cv.dnn.blobFromImage(img_l_rs))
ab_dec=net.forward()[0,:,:,:].transpose((1,2,0))

解碼輸出結果

#解碼輸出顏色值
(H_out,W_out)=ab_dec.shape[:2]
ab_dec_us=cv.resize(ab_dec,(W_orig,H_orig))
img_lab_out=np.concatenate((img_l[:,:,np.newaxis],ab_dec_us),axis=2)
img_bgr_out=np.clip(cv.cvtColor(img_lab_out,cv.COLOR_Lab2BGR),0,1)

顯示著色圖像

#顯示著色
frame=cv.resize(frame,(w,h))
cv.imshow('origin',frame)
cv.imshow('gray',cv.cvtColor(frame,cv.COLOR_RGB2GRAY))

#fix4.0imshowissue
cv.normalize(img_bgr_out,img_bgr_out,0,255,cv.NORM_MINMAX)
cv.imshow('colorized',cv.resize(np.uint8(img_bgr_out),(w,h)))

運行結果：

輸入彩色圖像，轉為灰度圖像，然后自動著色對比一下！

直接輸入灰度圖像，著色：

看效果，從此以后再也不擔心灰度圖像無法自動上色啦！

OpenCV成功解鎖！