使用 OpenCV 和 Matlab 从 RGB 到 YCbCr 的不同颜色转换

Question

在 MATLAB 中成功实现后，我正在尝试使用 openCV 复制 jpeg 算法。我注意到 MATLAB 和 OpenCV 对颜色 space 从 RGB 到 YCbCr 的转换给出了不同的结果。

看OpenCV的文档，好像只能用cv::cvtColor的函数，但是打印Y、Cb、Cr的第一个8x8子矩阵，它们是不一样的。

这是我的 MATLAB 和 C++（使用 OpenCV 4.0.1）代码。

Matlab:

% Read rgb image
imgrgb = imread('lena512color.bmp');

% Convert to ycbcr
imgycbcr = rgb2ycbcr(imgrgb);

% Extract the 3 components
luma = imgycbcr (:,:,1);
cb = imgycbcr (:,:,2);
cr = imgycbcr (:,:,3);

C++:

// Load img
cv::Mat bgrImg = imread( "lena512color.bmp", cv::IMREAD_COLOR );
assert( bgrImg.data && "No image data");

// Declare an empty Mat for dst image
cv::Mat ycrcbImg;

// Convert to ycrcb
cv::cvtColor(bgrImg, ycrcbImg, cv::COLOR_BGR2YCrCb);

// Split bgr into 3 channels
cv::Mat bgrChan[3];
cv::split(bgrImg, bgrChan);

// Split ycrcb into 3 channels
cv::Mat ycrcbChan[3];
cv::split(ycrcbImg, ycrcbChan);

// Print first block for each channel
PRINT_MAT(ycrcbChan[0](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "LUMA (first 8x8 block)")
PRINT_MAT(ycrcbChan[1](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "Cr (first 8x8 block)")
PRINT_MAT(ycrcbChan[2](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "Cb (first 8x8 block)")

PRINT_MAT(bgrChan[0](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "Blue (first 8x8 block)")
PRINT_MAT(bgrChan[1](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "Green (first 8x8 block)")
PRINT_MAT(bgrChan[2](cv::Rect(0, 0, 8, 8)), "Red (first 8x8 block)")

其中 PRINT_MAT 是以下宏：

#define PRINT_MAT(mat, msg) std::cout<< std::endl <<msg <<":" <<std::endl <<mat <<std::endl;

打印出 RGB 通道后，我为 Matlab 和 OpenCV 获得了相同的值（对于第一个 8x8 块），而对于 Y、Cb 和 Cr，我获得了不同的值。例如，对于 Luma 分量：

Matlab:

155 155 155 154 155 150 156 154
155 155 155 154 155 150 156 154
155 155 155 154 155 150 156 154
155 155 155 154 155 150 156 154
155 155 155 154 155 150 156 154
157 157 151 149 154 153 152 153
154 154 156 152 154 155 153 150
152 152 149 150 152 152 150 151

OpenCV:

162 162 162 161 162 157 163 161
162 162 162 161 162 157 163 161
162 162 162 161 162 157 163 161
162 162 162 161 162 157 163 161
162 162 162 161 162 157 163 161
164 164 158 155 161 159 159 160
160 160 163 158 160 162 159 156
159 159 155 157 158 159 156 157

什么是正确的转换？为什么结果不同？

Answer 1

事实证明两者都是“正确的”。 OpenCV 采用 Y 的整个范围，而 MATLAB 则采用 [16, 235]。推理可以在另一个question/answer.

中看到

正如您在 MATLAB 中所读到的那样 docs:

Image in YCbCr color space, returned as an m-by-n-by-3 array.

If the input is double or single, then Y is in the range [16/255, 235/255] and Cb and Cr are in the range [16/255, 240/255].

If the input is uint8, then Y is in the range [16, 235] and Cb and Cr are in the range [16, 240].

If the input is uint16, then Y is in the range [4112, 60395] and Cb and Cr are in the range [4112, 61680].

在 OpenCV 中 docs:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

Cr = (R - Y)⋅0.713 + \delta

Cb = (B - Y)⋅0.564 + \delta

[...]

Y, Cr, and Cb cover the whole value range.

Answer 2

通过查看 MATLAB 的 rgb2ycbcr 的源代码，转换是根据取自“Poynton 的 "Introduction to Digital Video"（第 176 页，方程式 9.6）":

origT = [ ...
     65.481 128.553  24.966;...
    -37.797 -74.203 112    ;...
    112     -93.786 -18.214];
origOffset = [16; 128; 128];
ycbcr = origT * rgb + origOffset;

而且还提到：

If the input is uint8, then YCBCR is uint8 where Y is in the range [16 235], and Cb and Cr are in the range [16 240].

In OCV ^{(implementation)} 另一方面，这是使用以下关系执行的：

请注意“Y、Cr 和 Cb 覆盖 整个值范围。”。

如果我们在 MATLAB 中使用相同的方程式，我们会得到更接近 OCV 的结果（也许我使用的是不同的源图像）。例如，对于 Y:

OCV_Y = 0.299*imgrgb(:,:,1) + 0.587*imgrgb(:,:,2) + 0.114*imgrgb(:,:,3);

给出第一个 8x8:

   162   162   162   162   163   157   163   161
   162   162   162   162   163   157   163   161
   162   162   162   162   163   157   163   161
   162   162   162   162   163   157   163   161
   162   162   162   162   163   157   163   161
   164   164   158   155   162   159   159   160
   161   161   163   158   160   161   158   155
   159   159   156   156   159   158   157   157

根据 wikipedia article on YCbCr, it seems like OCV implements the "JPEG Conversion" 变体，而 MATLAB 为 "standard-definition television".

实现了 ITU-R BT.601 的变体

总而言之：我会说这两个定义都是 正确的，但是如果您特别关心 JPEG 的正确实现，我会说 OCV 的方式更好。无论如何，在 MATLAB 中实现任何其他变体都非常容易。

使用 OpenCV 和 Matlab 从 RGB 到 YCbCr 的不同颜色转换

Different color conversion from RGB to YCbCr with OpenCV and Matlab

c++

rgb

matlab

opencv

color-conversion