C++函数pyrUp和pyrDown来实现图像金字塔功能分享

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目标

C++函数pyrUp和pyrDown来实现图像金字塔功能分享档尝试解答如下问题:

如何使用OpenCV函数 pyrUp 和 pyrDown 对图像进行向上和向下采样。

原理

Note 以下内容来自于Bradski和Kaehler的大作: Learning OpenCV 。

当我们需要将图像转换到另一个尺寸的时候, 有两种可能:

放大 图像 或者

缩小 图像。

尽管OpenCV 几何变换 部分提供了一个真正意义上的图像缩放函数(resize, 在以后的教程中会学到),不过在本篇我们首先学习一下使用 图像金字塔 来做图像缩放, 图像金字塔是视觉运用中广泛采用的一项技术。

图像金字塔

一个图像金字塔是一系列图像的集合 – 所有图像来源于同一张原始图像 – 通过梯次向下采样获得,直到达到某个终止条件才停止采样。

有两种类型的图像金字塔常常出现在文献和应用中:

高斯金字塔(Gaussian pyramid): 用来向下采样

拉普拉斯金字塔(Laplacian pyramid): 用来从金字塔低层图像重建上层未采样图像

在这篇文档中我们将使用 高斯金字塔 。

高斯金字塔

想想金字塔为一层一层的图像,层级越高,图像越小。

C++函数pyrUp和pyrDown来实现图像金字塔功能

每一层都按从下到上的次序编号, 层级 (i+1) (表示为 G_{i+1} 尺寸小于层级 i (G_{i}))。

为了获取层级为 (i+1) 的金字塔图像,我们采用如下方法:

将 G_{i} 与高斯内核卷积:

C++函数pyrUp和pyrDown来实现图像金字塔功能

将所有偶数行和列去除。

显而易见,结果图像只有原图的四分之一。通过对输入图像 G_{0} (原始图像) 不停迭代以上步骤就会得到整个金字塔。

以上过程描述了对图像的向下采样,如果将图像变大呢?:

首先,将图像在每个方向扩大为原来的两倍,新增的行和列以0填充(0)

使用先前同样的内核(乘以4)与放大后的图像卷积,获得 “新增像素” 的近似值。

这两个步骤(向下和向上采样) 分别通过OpenCV函数 pyrUp 和 pyrDown 实现, 我们将会在下面的示例中演示如何使用这两个函数。

Note 我们向下采样缩小图像的时候, 我们实际上 丢失 了一些信息。

源码

本教程的源码如下,你也可以从 这里 下载

  #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"  #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"  #include <math.h>  #include <stdlib.h>  #include <stdio.h>  using namespace cv;  /// 全局变量  Mat src, dst, tmp;  char* window_name = "Pyramids Demo";  /**   * @函数 main   */  int main( int argc, char** argv )  {   /// 指示说明   printf( "n Zoom In-Out demo n " );   printf( "------------------ n" );   printf( " * [u] -> Zoom in n" );   printf( " * [d] -> Zoom out n" );   printf( " * [ESC] -> Close program n n" );   /// 测试图像 - 尺寸必须能被 2^{n} 整除   src = imread( "../images/chicky_512.jpg" );   if( !src.data )   { printf(" No data! -- Exiting the program n");    return -1; }   tmp = src;   dst = tmp;   /// 创建显示窗口   namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );   imshow( window_name, dst );   /// 循环   while( true )   {   int c;   c = waitKey(10);   if( (char)c == 27 )    { break; }   if( (char)c == 'u' )    { pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) );    printf( "** Zoom In: Image x 2 n" );    }   else if( (char)c == 'd' )    { pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) );    printf( "** Zoom Out: Image / 2 n" );    }   imshow( window_name, dst );   tmp = dst;   }   return 0;  }

解释

让我们来回顾一下本程序的总体流程:

装载图像(此处路径由程序设定,用户无需将图像路径当作参数输入)

  /// 测试图像 - 尺寸必须能被 2^{n} 整除  src = imread( "../images/chicky_512.jpg" );  if( !src.data )   { printf(" No data! -- Exiting the program n");   return -1; }

创建两个Mat实例, 一个用来储存操作结果(dst), 另一个用来存储零时结果(tmp)。

  Mat src, dst, tmp;  /* ... */  tmp = src;  dst = tmp;

创建窗口显示结果

  namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );  imshow( window_name, dst );

执行无限循环,等待用户输入。

  while( true )  {   int c;   c = waitKey(10);   if( (char)c == 27 )   { break; }   if( (char)c == 'u' )   { pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) );    printf( "** Zoom In: Image x 2 n" );   }   else if( (char)c == 'd' )   { pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) );    printf( "** Zoom Out: Image / 2 n" );   }   imshow( window_name, dst );   tmp = dst;  }

如果用户按 ESC 键程序退出。 此外,它还提供两个选项:

向上采样 (按 ‘u’)

  pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 )

函数 pyrUp 接受了3个参数:

tmp: 当前图像, 初始化为原图像 src 。

dst: 目的图像( 显示图像,为输入图像的两倍)

Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) : 目的图像大小, 既然我们是向上采样, pyrUp 期待一个两倍于输入图像( tmp )的大小。

向下采样(按 ‘d’)

  pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 )

类似于 pyrUp, 函数 pyrDown 也接受了3个参数:

tmp: 当前图像, 初始化为原图像 src 。

dst: 目的图像( 显示图像,为输入图像的一半)

Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) :目的图像大小, 既然我们是向下采样, pyrDown 期待一个一半于输入图像( tmp)的大小。

注意输入图像的大小(在两个方向)必须是2的冥,否则,将会显示错误。

最后,将输入图像 tmp 更新为当前显示图像, 这样后续操作将作用于更新后的图像。

tmp = dst;

结果

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