실습 4 — 흑백 히스토그램 그리기

import cv2
import numpy as np

# IMREAD_GRAYSCALE: 읽으면서 흑백으로 바꾼다(2차시)
gray = cv2.imread("ch04_exposure/normal.png", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
print("흑백 모양:", gray.shape)

# cv2.calcHist(images, channels, mask, histSize, ranges): calculate histogram
hist = cv2.calcHist([gray],     # 셀 그림(목록으로 감싼다)
                    [0],        # 0번 채널(흑백은 하나뿐)
                    None,       # 마스크 없음: 전체를 센다
                    [256],      # 구간 256개: 밝기 1 마다 한 구간
                    [0, 256])   # 0 이상 256 미만
print("결과 모양:", hist.shape, "/ 자료형:", hist.dtype)
print("막대를 모두 더하면:", int(hist.sum()), "/ 픽셀 수:", gray.size)

# np.histogram: 도수와 구간 경계를 함께 돌려준다. bins=256, range=(0, 256) 으로 같은 구간을 준다
counts, edges = np.histogram(gray, bins=256, range=(0, 256))
print("np.histogram 모양:", counts.shape, "/ 구간 경계 수:", len(edges))

# calcHist 결과는 소수(float32)다. 판에 따라 (256, 1) 모양이기도 하므로 한 줄로 펴고(ravel) 정수로 바꿔 견준다
print("두 결과가 같은가:", np.array_equal(hist.ravel().astype(int), counts))

# 픽셀이 가장 많은 밝기 세 곳: argsort 로 작은 순서의 자리를 얻어 뒤의 셋을 큰 순서로
top3 = np.argsort(counts)[::-1][:3]
for v in top3:
    print(f"밝기 {int(v):3}: {int(counts[v]):,}칸")

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.family"] = "Malgun Gothic"
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

# 구간 32개: 밝기 8 씩 묶는다
hist32 = cv2.calcHist([gray], [0], None, [32], [0, 256]).ravel()

fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(12, 3.4))
axes[0].imshow(gray, cmap="gray", vmin=0, vmax=255)
axes[0].set_title("흑백 그림")
axes[0].axis("off")
# 구간 256개: 막대 하나의 너비가 1
axes[1].bar(range(256), hist.ravel(), width=1)
axes[1].set_title("구간 256개 (너비 1)")
# 구간 32개: 막대 하나가 밝기 8칸을 맡으므로 왼쪽 끝 자리를 0, 8, 16, ... 으로 둔다
axes[2].bar(np.arange(32) * 8, hist32, width=8, align="edge", edgecolor="white")
axes[2].set_title("구간 32개 (너비 8)")
for ax in axes[1:]:
    ax.set_xlim(0, 256)
    ax.set_xlabel("밝기")
    ax.set_ylabel("픽셀 수")
plt.tight_layout()
plt.show()

# 평균: 막대가 모인 자리, 표준편차: 막대가 퍼진 너비
print("평균 밝기:", round(float(gray.mean()), 1))
print("표준편차:", round(float(gray.std()), 1))
# 아주 어두운 칸(50 미만)과 아주 밝은 칸(205 초과)의 비율. True 를 1 로 세어 평균을 낸다
print("아주 어두운 칸 비율:", round(float((gray < 50).mean()), 3))
print("아주 밝은 칸 비율:", round(float((gray > 205).mean()), 3))