OpenCV 實作木刻與懷舊濾鏡：二值化與色調模擬

一、木刻濾鏡（二值化）

原理

1. 灰度化：三種方法
   • 最大值法：gray = max(R,G,B)（亮度高）
   • 平均值法：gray = (R+G+B)/3（柔和）
   • 加權法：gray = 0.30R + 0.59G + 0.11B（最符合人眼，推薦）
2. 二值化：閾值分割 gray = (gray > 127) ? 255 : 0，產生黑白木刻風格。

OpenCV 內建函數

• cvtColor(src, dst, CV_BGR2GRAY)：彩色轉灰度（單通道）。
• threshold(src, dst, 127, 255, THRESH_BINARY)：二值化，type 可選 5 種模式（二值、反二值、截斷、歸零、反歸零）。

手動實作代碼（三通道保留）

void woodcutFilter(Mat& src) {
    int rows = src.rows, cols = src.cols;
    for (int y = 0; y < rows; ++y) {
        uchar* data = src.ptr(y);
        for (int x = 0; x < cols; ++x) {
            int b = data[x*3], g = data[x*3+1], r = data[x*3+2];
            int gray = (int)(0.30*r + 0.59*g + 0.11*b); // 加權灰度
            uchar val = (gray > 127) ? 255 : 0;
            data[x*3] = data[x*3+1] = data[x*3+2] = val;
        }
    }
}

二、懷舊濾鏡（偏黃色調）

色彩變換矩陣

R' = 0.393R + 0.769G + 0.189B
G' = 0.349R + 0.686G + 0.168B
B' = 0.272R + 0.534G + 0.131B

模擬老照片發黃褪色效果，結果限制在 [0,255]。

完整代碼

void nostalgicFilter(Mat& src) {
    int rows = src.rows, cols = src.cols;
    for (int y = 0; y < rows; ++y) {
        uchar* data = src.ptr(y);
        for (int x = 0; x < cols; ++x) {
            int b = data[x*3], g = data[x*3+1], r = data[x*3+2];
            int R = cvRound(0.393*r + 0.769*g + 0.189*b);
            int G = cvRound(0.349*r + 0.686*g + 0.168*b);
            int B = cvRound(0.272*r + 0.534*g + 0.131*b);
            data[x*3]   = saturate_cast(B);
            data[x*3+1] = saturate_cast(G);
            data[x*3+2] = saturate_cast(R);
        }
    }
}

效果展示

總結

兩種濾鏡均為像素級獨立運算，易於並行化（CUDA/OpenCL）加速。