실습 5 — 컬러 히스토그램과 마스크 히스토그램

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

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

img = cv2.imread("ch04_scenes/sunset.png")
centers = np.arange(32) * 8 + 4   # 구간 32개의 가운데 밝기: 4, 12, 20, ...

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 3.6))
for ch, (name, color) in enumerate([("B", "blue"), ("G", "green"), ("R", "red")]):
    # 둘째 인자 [ch] 로 채널을 고른다. 도형 그림이라 뾰족하지 않게 구간 32개로 센다
    hist = cv2.calcHist([img], [ch], None, [32], [0, 256]).ravel()
    ax.plot(centers, hist, color=color, label=name)
    # 픽셀이 가장 많은 구간과 그 구간의 밝기 범위
    k = int(hist.argmax())
    print(f"{name} 채널: 가장 많은 구간 {k * 8}~{k * 8 + 7}, {int(hist[k]):,}칸")
ax.set_xlim(0, 256)
ax.set_xlabel("밝기")
ax.set_ylabel("픽셀 수")
ax.legend(loc="upper center", ncol=3)
ax.set_title("노을 그림의 컬러 히스토그램 (구간 32개)")
plt.tight_layout()
plt.show()

# 그림과 같은 세로·가로의 검은 판(0)을 만든다. 채널은 하나, 자료형은 uint8
mask = np.zeros(img.shape[:2], dtype=np.uint8)
# 해 둘레: 세로 105~174, 가로 165~234 를 흰색(255)으로 칠한다
mask[105:175, 165:235] = 255
print("마스크 모양:", mask.shape, "/ 흰 칸 수:", int((mask == 255).sum()))

# cv2.bitwise_and(그림, 그림, mask=마스크): 마스크의 흰 칸만 남기고 나머지를 검정으로
# bitwise 는 "비트 단위로", and 는 "그리고" 라는 뜻이다. 셀 곳을 눈으로 확인하려고 만든다
shown = cv2.bitwise_and(img, img, mask=mask)

fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 3))
axes[0].imshow(mask, cmap="gray")
axes[0].set_title("마스크")
axes[1].imshow(cv2.cvtColor(shown, cv2.COLOR_BGR2RGB))
axes[1].set_title("세는 곳만 남긴 모습")
for ax in axes:
    ax.axis("off")
plt.tight_layout()
plt.show()

# 같은 R 채널(2번)을 마스크 없이 한 번, 마스크를 주고 한 번 센다
whole = cv2.calcHist([img], [2], None, [32], [0, 256]).ravel()
part = cv2.calcHist([img], [2], mask, [32], [0, 256]).ravel()
print("전체에서 센 칸:", int(whole.sum()), "/ 해 둘레에서 센 칸:", int(part.sum()))

# cv2.mean 도 mask 를 받는다: 흰 칸만의 B, G, R 평균
print("전체 평균(B, G, R)   :", [round(v, 1) for v in cv2.mean(img)[:3]])
print("해 둘레 평균(B, G, R):", [round(v, 1) for v in cv2.mean(img, mask=mask)[:3]])

# 센 칸 수가 다르므로, 막대를 칸 수로 나눠 비율로 바꿔 한 그래프에서 견준다
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 3.4))
ax.plot(centers, whole / whole.sum(), label="그림 전체")
ax.plot(centers, part / part.sum(), label="해 둘레(마스크)")
ax.set_xlim(0, 256)
ax.set_xlabel("R 채널 밝기")
ax.set_ylabel("칸의 비율")
ax.legend(loc="upper left")
ax.set_title("R 채널 히스토그램: 전체와 일부")
plt.tight_layout()
plt.show()