java基于hsv识别红绿灯的逻辑

背景

项目中有一个场景需要判断红绿灯的状态。并且代码是java开发的，考虑了良久，决定使用像素点的rgb值来做，但是rgb值的颜色范围不好判断，所以就想到把rgb转成hsv来判断。那么会有如下问题：

• rbg如何转hsv
• hsv如何判断红绿灯的颜色

RGB转HSV

首先解决一个问题，就是java中RGB怎么转HSV。

HSV（Hue, Saturation, Value）是一种描述颜色的模型，与常见的RGB（Red, Green, Blue）颜色模型不同。HSV模型更贴近人类感知颜色的方式，因为它将颜色的属性分解为更容易理解的部分。

这三个分量的含义如下：

1. Hue（色调）： 表示颜色的种类或名称。它是一个从0到360度的角度值，其中0和360是红色，120是绿色，240是蓝色，以此类推。色调决定了颜色是红色、绿色、蓝色等等。

2. Saturation（饱和度）： 表示颜色的鲜艳程度或灰度。它是一个百分比值，从0%（灰度）到100%（全彩）变化。饱和度为0%时，颜色是灰阶的。

3. Value（明度）： 表示颜色的亮度。它也是一个百分比值，从0%（黑色）到100%（最大亮度）变化。明度为0%时，颜色是黑色的。

HSV模型的优势之一是，通过调整这三个参数，可以更直观地控制颜色的外观。在某些情况下，人们更容易使用HSV来选择或描述颜色，因为它更符合我们对颜色的主观感受。

opencv官网给出了RGB转HSV的公式

下面是我基于公式写的java代码，供参考：

public static float[] rgbToHsv(Color color) {

    //切割rgb数组
    int R = color.getRed();
    int G = color.getGreen();
    int B = color.getBlue();
    //公式运算 /255
    float R_1 = R / 255f;
    float G_1 = G / 255f;
    float B_1 = B / 255f;
    //重新拼接运算用数组
    float[] all = {R_1, G_1, B_1};
    float max = all[0];
    float min = all[0];
    //循环查找最大值和最小值
    for (float v : all) {
        if (max <= v) {
            max = v;
        }
        if (min >= v) {
            min = v;
        }
    }
    float C_max = max;
    float C_min = min;
    //计算差值
    float diff = C_max - C_min;
    float hue = 0f;
    //判断情况计算色调H
    if (diff == 0f) {
        hue = 0f;
    } else {
        if (C_max == R_1) {
            hue = (((G_1 - B_1) / diff) % 6) * 60f;
        }
        if (C_max == G_1) {
            hue = (((B_1 - R_1) / diff) + 2f) * 60f;
        }
        if (C_max == B_1) {
            hue = (((R_1 - G_1) / diff) + 4f) * 60f;
        }
    }
    if (hue < 0f){
        hue += 360f;
    }
    //计算饱和度S
    float saturation;
    if (C_max == 0f) {
        saturation = 0f;
    } else {
        saturation = diff / C_max;
    }
    //计算明度V
    return new float[]{hue, saturation, C_max};
}

hsv如何判断红绿灯的颜色

经过多次测试和对比，我得出如下数据阈值的范围可以表达红色

h（0,50）and （300,360）
s （0.50,1.0）
v （0.50,1.0）

绿色的阈值如下：

h （80,180）
s （0.50,1.0）
v （0.50,1.0）

测试工具网站：可以直观的看到hsv值对应的颜色 HSV到RGB转换| 颜色转换 (rapidtables.org)

业务逻辑判断红绿灯的颜色

首先是需要对红绿灯进行画框表示 下面是简单的代码demo

public static boolean judeRedLight(String url, List<Integer> rectList){
    try {
        URL myurl = new URL(url);
        BufferedImage srcImg = ImageIO.read(myurl);
        return judeRedLight(srcImg, rectList.get(0), rectList.get(1), rectList.get(2), rectList.get(3));

    } catch (IOException e) {
        log.error("图片地址访问异常,url:" + url );
    }
    return false;
}

// 判断红绿灯
public static boolean judeRedLight(BufferedImage bi,int x1, int y1, int x2, int y2){

    int red = 0;
    int green = 0;
    try{
        for (int i = x1; i < x2; i++) {
            for (int j = y1; j < y2; j++) {
                Color color = new Color(bi.getRGB(i, j));
                float[] hsv = rgbToHsv(color);
                if (isRed(hsv)){
                    red++;
                }
                if (isGreen(hsv)){
                    green++;
                }
            }
        }
    }catch (Exception e){
        log.info("判断红绿灯异常：{}",e.getMessage());
    }
    log.info("判断结果：red:{} green:{}",red,green);
    return red > green;
}

经过上述的两个方法即可判断出当前的红绿灯。但是需要提前获取到红绿灯框的坐标