//
// This program is based on https://github.com/richzhang/colorization/blob/master/colorization/colorize.py
//  download the caffemodel from: http://eecs.berkeley.edu/~rich.zhang/projects/2016_colorization/files/demo_v2/colorization_release_v2.caffemodel
//  and the prototxt from: https://github.com/richzhang/colorization/blob/master/colorization/models/colorization_deploy_v2.prototxt
//
#include <opencv2/dnn.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
using namespace cv;
using namespace cv::dnn;

#include <iostream>
using namespace std;


// the 313 ab cluster centers from pts_in_hull.npy (already transposed)
float hull_pts[] = {
    -90., -90., -90., -90., -90., -80., -80., -80., -80., -80., -80., -80., -80., -70., -70., -70., -70., -70., -70., -70., -70.,
    -70., -70., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -60., -50., -50., -50., -50., -50., -50., -50., -50.,
    -50., -50., -50., -50., -50., -50., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -40., -30.,
    -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -30., -20., -20., -20., -20., -20., -20., -20.,
    -20., -20., -20., -20., -20., -20., -20., -20., -20., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10., -10.,
    -10., -10., -10., -10., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 0., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 10.,
    10., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 10., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20., 20.,
    20., 20., 20., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 30., 40., 40., 40., 40.,
    40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 40., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50.,
    50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 50., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60., 60.,
    60., 60., 60., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 70., 80., 80., 80.,
    80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 80., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90.,
    90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 90., 100., 100., 100., 100., 100., 100., 100., 100., 100., 100., 50., 60., 70., 80., 90.,
    20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50.,
    60., 70., 80., 90., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 100., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20.,
    30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 100., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 100., -50.,
    -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 100., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20.,
    30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., 100., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90.,
    100., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., -80., -70., -60., -50.,
    -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10.,
    0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., 90., -100., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30.,
    40., 50., 60., 70., 80., 90., -100., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70.,
    80., -110., -100., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., -110., -100.,
    -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., 80., -110., -100., -90., -80., -70.,
    -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., -110., -100., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30.,
    -20., -10., 0., 10., 20., 30., 40., 50., 60., 70., -90., -80., -70., -60., -50., -40., -30., -20., -10., 0.
};


int main(int argc, char **argv)
{
    CommandLineParser parser(argc, argv,
        "{ help           | false | print this help message }"
        "{ proto          | colorization_deploy_v2.prototxt | model configuration }"
        "{ model          | colorization_release_v2.caffemodel | model weights }"
        "{ image          | space_shuttle.jpg | path to image file }"
        "{ opencl         | false | enable OpenCL }"
    );

    String modelTxt = parser.get<string>("proto");
    String modelBin = parser.get<string>("model");
    String imageFile = parser.get<String>("image");
    if (parser.get<bool>("help") || modelTxt.empty() || modelBin.empty() || imageFile.empty())
    {
        cout << "A sample app to demonstrate recoloring grayscale images with dnn." << endl;
        parser.printMessage();
        return 0;
    }

    // fixed input size for the pretrained network
    int W_in = 224;
    int H_in = 224;

    Net net = dnn::readNetFromCaffe(modelTxt, modelBin);

    // setup additional layers:
    int sz[] = {2, 313, 1, 1};
    Mat pts_in_hull(4, sz, CV_32F, hull_pts);
    Ptr<dnn::Layer> class8_ab = net.getLayer("class8_ab");
    class8_ab->blobs.push_back(pts_in_hull);

    Ptr<dnn::Layer> conv8_313_rh = net.getLayer("conv8_313_rh");
    conv8_313_rh->blobs.push_back(Mat(1, 313, CV_32F, 2.606f));

    if (parser.get<bool>("opencl"))
    {
        net.setPreferableTarget(DNN_TARGET_OPENCL);
    }

    Mat img = imread(imageFile);
    if (img.empty())
    {
        std::cerr << "Can't read image from the file: " << imageFile << std::endl;
        exit(-1);
    }

    // extract L channel and subtract mean
    Mat lab, L, input;
    img.convertTo(img, CV_32F, 1.0/255);
    cvtColor(img, lab, COLOR_BGR2Lab);
    extractChannel(lab, L, 0);
    resize(L, input, Size(W_in, H_in));
    input -= 50;

    // run the L channel through the network
    Mat inputBlob = blobFromImage(input);
    net.setInput(inputBlob);
    Mat result = net.forward("class8_ab");

    // retrieve the calculated a,b channels from the network output
    Size siz(result.size[2], result.size[3]);
    Mat a = Mat(siz, CV_32F, result.ptr(0,0));
    Mat b = Mat(siz, CV_32F, result.ptr(0,1));
    resize(a, a, img.size());
    resize(b, b, img.size());

    // merge, and convert back to bgr
    Mat color, chn[] = {L, a, b};
    merge(chn, 3, lab);
    cvtColor(lab, color, COLOR_Lab2BGR);

    namedWindow("color", WINDOW_NORMAL);
    namedWindow("original", WINDOW_NORMAL);
    imshow("color", color);
    imshow("original", img);
    waitKey();
    return 0;
}