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【OpenCV入门教程之四】 ROI区域图像叠加&初级图像混合 全剖析

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在这篇文章里,我们一起学习了在Opencv中如何定义感兴趣区域ROI,如何使用addWeighted函数进行图像混合操作,以及将ROI和addWeighted函数结合起来使用,对指定区域进行图像混合操作。

PS:文章末尾提供了博文配套程序源代码的下载。

文章开头,依旧是先放一张截图:

一、设定感兴趣区域——ROI(region of interest)

在 图像处理领域,我们常常需要设置感兴趣区域(ROI,region of interest),来专注或者简化我们的工作过程 。也就是从图像中选择的一个图像区域,这个区域是我们图像分析所关注的重点。我们圈定这个区域,以便进行进一步处理。而且,使用ROI指定我们想读入的目 标,可以减少处理时间,增加精度,给图像处理来带不小的便利。

ROI区域定义的两种方法

定义ROI区域有两种方法,第一种是使用cv:Rect.顾名思义,cv::Rect表示一个矩形区域。指定矩形的左上角坐标(构造函数的前两个参数)和矩形的长宽(构造函数的后两个参数)就可以定义一个矩形区域。

  1. //定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
  2. Mat imageROI;
  3. //方法一
  4. imageROI=image(Rect(500,250,logo.cols,logo.rows));

另一种定义ROI的方式是指定感兴趣行或列的范围(Range)。Range是指从起始索引到终止索引(不包括终止索引)的一连段连续序列。cv::Range可以用来定义Range。如果使用cv::Range来定义ROI,那么前例中定义ROI的代码可以重写为:

  1. //方法二
  2. imageROI=srcImage3(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));

好 了,下面我们来看一个实例,显示如何利用ROI将一幅图加到另一幅图的指定位置。大家如果需要拷贝如下的函数中的代码直接运行的话,自己建一个基于 console的程序,然后把函数体中的内容拷贝到main函数中,然后找两幅大小合适的图片,加入到工程目录下,并和代码中读取的文件名一致即可。

在下面的代码中,我们通过一个图像掩膜(mask),直接将插入处的像素设置为logo图像的像素值,这样效果会很赞很逼真:

  1. //———————————-【ROI_AddImage( )函数】———————————-
  2. // 函数名:ROI_AddImage()
  3. //     描述:利用感兴趣区域ROI实现图像叠加
  4. //———————————————————————————————-
  5. bool ROI_AddImage()
  6. {
  7.        //【1】读入图像
  8.        Mat srcImage1= imread(“dota_pa.jpg”);
  9.        Mat logoImage= imread(“dota_logo.jpg”);
  10.        if(!srcImage1.data ) { printf(“你妹,读取srcImage1错误~! n”); return false; }
  11.        if(!logoImage.data ) { printf(“你妹,读取logoImage错误~! n”); return false; }
  12.        //【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
  13.        Mat imageROI= srcImage1(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
  14.        //【3】加载掩模(必须是灰度图)
  15.        Mat mask= imread(“dota_logo.jpg”,0);
  16.        //【4】将掩膜拷贝到ROI
  17.        logoImage.copyTo(imageROI,mask);
  18.        //【5】显示结果
  19.        namedWindow(“<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口”);
  20.        imshow(“<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口”,srcImage1);
  21.        return true;
  22. }

这 个函数首先是载入了两张jpg图片到srcImage1和logoImage中,然后定义了一个Mat类型的imageROI,并使用cv::Rect设 置其感兴趣区域为srcImage1中的一块区域,将imageROI和srcImage1关联起来。接着定义了一个Mat类型的的mask并读入 dota_logo.jpg,顺势使用Mat:: copyTo把mask中的内容拷贝到imageROI中,于是就得到了最终的效果图,namedWindow和imshow配合使用,显示出最终的结 果。

运行结果如下:

 

这里白色的dota2 logo,就是通过操作之后加上去的图像。

二、初级图像混合——线性混合操作

线性混合操作是一种典型的二元(两个输入)的像素操作,它的理论公式是这样的:                                                        

我们通过在范围0到1之间改变alpha值,来对两幅图像(f0(x)和f1(x))或两段视频(同样为(f0(x)和f1(x))产生时间上的画面叠化 (cross-dissolve)效果,就像幻灯片放映和电影制作中的那样。即在幻灯片翻页时设置的前后页缓慢过渡叠加效果,以及电影情节过渡时经常出现 的画面叠加效果。

实现方面,我们主要运用了OpenCV中addWeighted函数,我们来全面的了解一下它:

addWeighted函数

这个函数的作用是,计算两个数组(图像阵列)的加权和。原型如下:

  1. void addWeighted(InputArray src1, double alpha, InputArray src2, double beta, double gamma, OutputArray dst, int dtype=-1);
  • 第一个参数,InputArray类型的src1,表示需要加权的第一个数组,常常填一个Mat。
  • 第二个参数,alpha,表示第一个数组的权重
  • 第三个参数,src2,表示第二个数组,它需要和第一个数组拥有相同的尺寸和通道数。
  • 第四个参数,beta,表示第二个数组的权重值。
  • 第五个参数,dst,输出的数组,它和输入的两个数组拥有相同的尺寸和通道数。
  • 第六个参数,gamma,一个加到权重总和上的标量值。看下面的式子自然会理解。
  • 第七个参数,dtype,输出阵列的可选深度,有默认值-1。;当两个输入数组具有相同的深度时,这个参数设置为-1(默认值),即等同于src1.depth()。

如果用数学公式来表达,addWeighted函数计算如下两个数组(src1和src2)的加权和,得到结果输出给第四个参数。即addWeighted函数的作用可以被表示为为如下的矩阵表达式为:

                                                      dst = src1[I]*alpha+ src2[I]*beta + gamma;

其中的I,是多维数组元素的索引值。而且,在遇到多通道数组的时候,每个通道都需要独立地进行处理。另外需要注意的是,当输出数组的深度为CV_32S时,这个函数就不适用了,这时候就会内存溢出或者算出的结果压根不对。

理论和函数的讲解就是上面这些,接着我们来看代码实例,以融会贯通。

  1. //———————————【LinearBlending()函数】————————————-
  2. // 函数名:LinearBlending()
  3. // 描述:利用cv::addWeighted()函数实现图像线性混合
  4. //——————————————————————————————–
  5. bool LinearBlending()
  6. {
  7.        //【0】定义一些局部变量
  8.        double alphaValue = 0.5;
  9.        double betaValue;
  10.        Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
  11.        //【1】读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
  12.        srcImage2= imread(“mogu.jpg”);
  13.        srcImage3= imread(“rain.jpg”);
  14.        if(!srcImage2.data ) { printf(“你妹,读取srcImage2错误~! n”); return false; }
  15.        if(!srcImage3.data ) { printf(“你妹,读取srcImage3错误~! n”); return false; }
  16.        //【2】做图像混合加权操作
  17.        betaValue= ( 1.0 – alphaValue );
  18.        addWeighted(srcImage2, alphaValue, srcImage3, betaValue, 0.0, dstImage);
  19.        //【3】创建并显示原图窗口
  20.        namedWindow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, 1);
  21.        imshow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, srcImage2 );
  22.        namedWindow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, 1);
  23.        imshow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, dstImage );
  24.        return true;
  25. }

代码解析:

<0>首先当然是定义一些局部变量,alpha值beta值,三个Mat类型的变量。

  1. //【0】定义一些局部变量
  2.        double alphaValue = 0.5;
  3.        double betaValue;
  4.        Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;

在这里我们设置alpha值为0.5。

<1>读取两幅图像并作错误处理

这步很简单,直接上代码:

  1. //读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
  2.        srcImage2= imread(“mogu.jpg”);
  3.        srcImage3= imread(“rain.jpg”);
  4. if(!srcImage2.data ) { printf(“你妹,读取srcImage2错误~! n”); return false; }
  5.        if(!srcImage3.data ) { printf(“你妹,读取srcImage3错误~! n”); return false; }

在这里需要注意的是,因为我们是对 srcImage1和srcImage2求和,所以它们必须要有相同的尺寸(宽度和高度)和类型,不然多余的部分没有对应的“伴”,肯定会出问题。

<2> 进行图像混合加权操作

载入图像后,我们就可以来生成混合图像,也就是之前公式中的g(x)。为此目的,使用函数 addWeighted 可以很方便地实现,也就是因为 addWeighted 进行了如下计算:

这里的对应于addWeighted的第2个参数alpha

这里的对应于addWeighted的第4个参数beta

这里的对应于addWeighted的第5个参数,在上面代码中被我们设为0.0。

代码其实很简单,就是这样:

  1. //【2】进行图像混合加权操作
  2.   betaValue = ( 1.0 – alphaValue );
  3.   addWeighted( srcImage2, alphaValue, srcImage3,betaValue, 0.0, dstImage);
  4. 其中beta值为1-alpha,gamma值为0。

<3>创建显示窗口,显示图像。

  1. // 【3】创建并显示原图窗口
  2.        namedWindow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, 1);
  3.        imshow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, srcImage2 );
  4.        namedWindow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, 1);
  5.        imshow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, dstImage );

接着来看一下运行效果图,首先是原图:

然后是效果图:

三、综合示例

在 前面分别介绍的设定感兴趣区域ROI和使用addWeighted函数进行图像线性混合的基础上,我们还将他们两者中和起来使用,也就是先指定ROI,并 用addWeighted函数对我们指定的ROI区域的图像进行混合操作,我们将其封装在了一个名为ROI_LinearBlending的函数中,方便 大家分块学习。

  1. //———————————【ROI_LinearBlending()】————————————-
  2. // 函数名:ROI_LinearBlending()
  3. // 描述:线性混合实现函数,指定区域线性图像混合.利用cv::addWeighted()函数结合定义
  4. //                     感兴趣区域ROI,实现自定义区域的线性混合
  5. //——————————————————————————————–
  6. bool ROI_LinearBlending()
  7. {
  8.        //【1】读取图像
  9.        Mat srcImage4= imread(“dota_pa.jpg”,1);
  10.        Mat logoImage= imread(“dota_logo.jpg”);
  11.        if(!srcImage4.data ) { printf(“你妹,读取srcImage4错误~! n”); return false; }
  12.        if(!logoImage.data ) { printf(“你妹,读取logoImage错误~! n”); return false; }
  13.        //【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
  14.        Mat imageROI;
  15.               //方法一
  16.        imageROI=srcImage4(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
  17.        //方法二
  18.        //imageROI=srcImage4(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));
  19.        //【3】将logo加到原图上
  20.        addWeighted(imageROI,0.5,logoImage,0.3,0.,imageROI);
  21.        //【4】显示结果
  22.        namedWindow(“<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨”);
  23.        imshow(“<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨”,srcImage4);
  24.        return true;
  25. }

 

从这篇文章开始,如果不出意外的话,为了方便大家分块各个击破学习,每讲一个部分,示例代码都将封装在一个函数中,免得大家像学习各种不是特别地道的OpenCV教程时一样,看到代码全放在main函数中,心都碎了。

 

好了,下面放出详细注释的本篇文章的全部示例源代码:

  1. //———————————–【程序说明】———————————————-
  2. //  程序名称::【OpenCV入门教程之四】 ROI区域图像叠加&初级图像混合 全剖析   配套源码
  3. // VS2010版   OpenCV版本:2.4.8
  4. //    图片素材出处:dota2原画 dota2logo 
  5. //———————————–【头文件包含部分】—————————————
  6. //     描述:包含程序所依赖的头文件
  7. //———————————————————————————————-                                                                                    
  8. #include <cv.h>
  9. #include <highgui.h>
  10. #include <iostream>
  11. //———————————–【命名空间声明部分】—————————————
  12. //     描述:包含程序所使用的命名空间
  13. //———————————————————————————————–  
  14. using namespace cv;
  15. using namespace std;
  16. //———————————–【全局函数声明部分】————————————–
  17. //     描述:全局函数声明
  18. //———————————————————————————————–
  19. bool ROI_AddImage();
  20. bool LinearBlending();
  21. bool ROI_LinearBlending();
  22. //———————————–【main( )函数】——————————————–
  23. //     描述:控制台应用程序的入口函数,我们的程序从这里开始
  24. //———————————————————————————————–
  25. int main(  )
  26. {
  27.        system(“color 5E”);
  28.        if(ROI_AddImage()&& LinearBlending( )&&ROI_LinearBlending( ))
  29.        {
  30.               cout<<endl<<“嗯。好了,得出了你需要的图像~! : )”;
  31.        }
  32.        waitKey(0);
  33.        return 0;
  34. }
  35. //———————————-【ROI_AddImage( )函数】———————————-
  36. // 函数名:ROI_AddImage()
  37. //     描述:利用感兴趣区域ROI实现图像叠加
  38. //———————————————————————————————-
  39. bool ROI_AddImage()
  40. {
  41.        //【1】读入图像
  42.        Mat srcImage1= imread(“dota_pa.jpg”);
  43.        Mat logoImage= imread(“dota_logo.jpg”);
  44.        if(!srcImage1.data ) { printf(“你妹,读取srcImage1错误~! n”); return false; }
  45.        if(!logoImage.data ) { printf(“你妹,读取logoImage错误~! n”); return false; }
  46.        //【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
  47.        Mat imageROI= srcImage1(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
  48.        //【3】加载掩模(必须是灰度图)
  49.        Mat mask= imread(“dota_logo.jpg”,0);
  50.        //【4】将掩膜拷贝到ROI
  51.        logoImage.copyTo(imageROI,mask);
  52.        //【5】显示结果
  53.        namedWindow(“<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口”);
  54.        imshow(“<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口”,srcImage1);
  55.        return true;
  56. }
  57. //———————————【LinearBlending()函数】————————————-
  58. // 函数名:LinearBlending()
  59. // 描述:利用cv::addWeighted()函数实现图像线性混合
  60. //——————————————————————————————–
  61. bool LinearBlending()
  62. {
  63.        //【0】定义一些局部变量
  64.        double alphaValue = 0.5;
  65.        double betaValue;
  66.        Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
  67.        //【1】读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
  68.        srcImage2= imread(“mogu.jpg”);
  69.        srcImage3= imread(“rain.jpg”);
  70.        if(!srcImage2.data ) { printf(“你妹,读取srcImage2错误~! n”); return false; }
  71.        if(!srcImage3.data ) { printf(“你妹,读取srcImage3错误~! n”); return false; }
  72.        //【2】进行图像混合加权操作
  73.        betaValue= ( 1.0 – alphaValue );
  74.        addWeighted(srcImage2, alphaValue, srcImage3, betaValue, 0.0, dstImage);
  75.        //【3】创建并显示原图窗口
  76.        namedWindow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, 1);
  77.        imshow(“<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨”, srcImage2 );
  78.        namedWindow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, 1);
  79.        imshow(“<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨”, dstImage );
  80.        return true;
  81. }
  82. //———————————【ROI_LinearBlending()】————————————-
  83. // 函数名:ROI_LinearBlending()
  84. // 描述:线性混合实现函数,指定区域线性图像混合.利用cv::addWeighted()函数结合定义
  85. //                     感兴趣区域ROI,实现自定义区域的线性混合
  86. //——————————————————————————————–
  87. bool ROI_LinearBlending()
  88. {
  89.        //【1】读取图像
  90.        Mat srcImage4= imread(“dota_pa.jpg”,1);
  91.        Mat logoImage= imread(“dota_logo.jpg”);
  92.        if(!srcImage4.data ) { printf(“你妹,读取srcImage4错误~! n”); return false; }
  93.        if(!logoImage.data ) { printf(“你妹,读取logoImage错误~! n”); return false; }
  94.        //【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
  95.        Mat imageROI;
  96.               //方法一
  97.        imageROI=srcImage4(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
  98.        //方法二
  99.        //imageROI=srcImage4(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));
  100.        //【3】将logo加到原图上
  101.        addWeighted(imageROI,0.5,logoImage,0.3,0.,imageROI);
  102.        //【4】显示结果
  103.        namedWindow(“<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨”);
  104.        imshow(“<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨”,srcImage4);
  105.        return true;
  106. }

最后看一下整体的运行效果图。首先是经过背景颜色修改的console窗口:

然后依次是四张效果图:

嗯,本篇文章到这里就基本结束了,最后放出本篇文章配套示例程序的下载地址。

本篇文章的配套源代码请点击这里下载:配套源代码下载

OK,本节的内容大概就是这些,我们下篇文章见:)

转载注明来源:CV视觉网 » 【OpenCV入门教程之四】 ROI区域图像叠加&初级图像混合 全剖析

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