《數(shù)字圖像處理及工程應用》課件第16章

2024/8/21第1頁第16章OpenCV圖像處理16.1基礎數(shù)據(jù)結構16.1.1cv命名空間1、使用指示字2、通過cv::說明符#include"opencv2/core/core.hpp"usingnamespacecv;

//…MatH=imread(“l(fā)ena.jpg”);#include"opencv2/core/core.hpp"http://…cv::MatH=imread(“l(fā)ena.jpg”);2024/8/21第2頁第16章OpenCV圖像處理16.1.2cv數(shù)據(jù)結構1、數(shù)據(jù)類型類型名含義等價類型類型名含義等價類型CV_8U8bit無符號字符型ucharCV_32S32bit有符號整型intCV_8S8bit有符號整型scharCV_32F32bit浮點類型floatCV_16U16bit無符號整型ushortCV_64F64bit浮點類型doubleCV_16S16bit有符號整型short注：可以用于定義多通道數(shù)據(jù)類型注意：其中使用最多的是類型是CV_8U_C1和CV_8U_C3，分別為單通道和三通道的8位無符號整型2024/8/21第3頁第16章OpenCV圖像處理2、基礎結構注意：其中常用的是類型是Point、Size、Ptr、Rect和Scalar。2024/8/21第4頁第16章OpenCV圖像處理16.1.3Mat基本圖像容器1、Mat結構頭2024/8/21第5頁第16章OpenCV圖像處理2、Mat結構成員函數(shù)(1)矩陣的創(chuàng)建方法2024/8/21第6頁【例.1】：MatM(7,7,CV_32FC2,Scalar(1,3));//創(chuàng)建7×7的復數(shù)矩陣，并用1+3j填充M.create(100,60,CV_8UC(15));//創(chuàng)建100×60的15通道的8bit無符號字符型矩陣M.create(Size(60,100),CV_8UC(15));//與上一行代碼等價intsz[]={100,100,100};MatbigCube(3,sz,CV_8U,Scalar::all(0));第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第7頁第16章OpenCV圖像處理【例.2】：繼上例，欲將矩陣M的第7列拷貝給第1列MatM1=M.col(1);M.col(7).copyTo(M1);注意：矩陣的拷貝(copyTo方法)拷貝的只是矩陣頭并修改源矩陣的refcounter指針，并不將源矩陣的實際數(shù)據(jù)拷貝至目的矩陣，故上例目的不能達到。(2)矩陣的拷貝2024/8/21第8頁第16章OpenCV圖像處理【例.3】：新建一個三通道圖像img，并將(10,10,100,100)的矩形區(qū)域置為綠色Matimg(Size(320,240),CV_8UC3);Matroi(img,Rect(10,10,100,100));roi=Scalar(0,255,0);【例.4】：利用數(shù)組初始化矩陣M，再將矩陣M克隆至矩陣Ndoublem[3][3]={{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};MatM=Mat(3,3,CV_64F,m);MatN=M.clone();矩陣N的內容將和矩陣M的完全一致，且都獨立分配內存空間。(3)矩陣的克隆【建議使用】2024/8/21第9頁第16章OpenCV圖像處理(4)矩陣的初始化【例.6】：產(chǎn)生“0”/“1”矩陣MatA;A=Mat::zeros(3,3,CV_32F);MatB=Mat::ones(100,100,CV_8U)*3【例.5】：intm[3][3]={{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};MatM=Mat(3,3,CV_8U,m);2024/8/21第10頁第16章OpenCV圖像處理(5)矩陣的存取【例.7】：at方法MatH(100,100,CV_64F);for(inti=0;i<H.rows;i++)for(intj=0;j<H.cols;j++)H.at<double>(i,j)=255.H.at<double>(i,j);(6)矩陣的運算①點積：要求兩個矩陣(M、N)的大小、類型相同M.dot(N);2024/8/21第11頁第16章OpenCV圖像處理②叉積：要求兩個矩陣必須為相同大小、類型的三元組浮點類型M.cross(N);③乘除：multiply(M,N,D,0.8);//點乘divide(M,N,D);//點除M.mul(5/N);//等價于divide(M,N,5);D=M*N;//兩個矩陣相乘④加減add(M,N,D);//D=M+Nsubtract(M,N,D);//D=M.N2024/8/21第12頁第16章OpenCV圖像處理⑤求逆N=M.inv();⑥轉置N=M.t();3、Mat結構成員函數(shù)OpenCV提供了非常豐富的矩陣操作的API函數(shù)，幾乎囊括了所有必需的基本矩陣運算，這些函數(shù)包括：絕對值、絕對差、求逆、對數(shù)運算、指數(shù)運算、模運算、特征值求解、最大(小)值、轉置、歸一化、奇異值分解等等，詳見OpenCV參考手冊。2024/8/21第13頁第16章OpenCV圖像處理16.2.1

輸入/輸出16.2OpenCV圖像操作1、裝載圖像Mat

imread(conststring&

filename,int

flags=1

);//適用于C++2024/8/21第14頁第16章OpenCV圖像處理2、保存圖像bool

imwrite(conststring&

filename,InputArray

image,constvector<int>&

params=vector<int>())2024/8/21第15頁第16章OpenCV圖像處理16.2.2

圖像存取1、獲取像素值①單通道圖像： Scalarintensity=img.at<uchar>(x,y);②三通道圖像：按B、G、R排列

Vec3bintensity=img.at<Vec3b>(x,y); ucharblue=intensity.val[0]; uchargreen=intensity.val[1]; ucharred=intensity.val[2];

Vec3fintensity=img.at<Vec3f>(x,y); floatblue=intensity.val[0]; floatgreen=intensity.val[1]; floatred=intensity.val[2];2024/8/21第16頁第16章OpenCV圖像處理2、修改像素值 img.at<uchar>(x,y)=128;注：<…>中的類型須與圖像數(shù)據(jù)的實際類型一致。16.2.3

底層操作1、賦值

Img=Scalar(0)；2、ROI操作 Rectr(10,10,100,100); MatsmallImg=img(r);3、色彩轉換

cvtColor(img,grey,CV_BGR2GRAY);2024/8/21第17頁第16章OpenCV圖像處理16.2.4

圖像顯示 Matimg=imread("image.jpg");

namedWindow("image",CV_WINDOW_AUTOSIZE);

imshow("image",img);

waitKey();16.2.5

圖像處理API1、圖像濾波medianFilter,GaussianFilter,bilateralFilter,blur,boxFilter,filter2D,GaussianBlur,Smooth,medianBlur,Laplacian,Sobel,imdilate,imerode2024/8/21第18頁第16章OpenCV圖像處理2、圖像變換invertAffineTransform,warpAffine,warpPerspective,LogPolar,resize,dct,dft,adaptiveThreshold,cvtColor,floodFill,integral,watershed

3、圖像直方圖calcHist,equalizeHist,NormalizeHist,ThreshHist4、結構分析與形狀描述moments,HuMoments,findContours,drawContours,contourArea,ApproxChains,boundingRect,……5、特征檢測Canny,HoughCircles,HoughLines,MatchTemplate6、視頻操作VideoCapture::open,isOpened,release,grab,……VideoWriter::open,isOpened,write2024/8/21第19頁第16章OpenCV圖像處理16.3.1

控制臺模式16.3

OpenCV編程舉例1、基本原理給圖像添加噪聲，實際上就是對圖像中像素點的灰度值進行隨機修改，通過隨機數(shù)產(chǎn)生函數(shù)取得像素點的行、列坐標，然后對該像素點的灰度值按照事先約定的方式置為0或255的過程；圖像平滑的方式，按照數(shù)字圖像處理的理論有多種方式，如均值濾波、中值濾波、高斯平滑濾波等等，這些基本的圖像處理算法在OpenCV中都提供了相應的API函數(shù)。本例采用中值濾波進行平滑處理。

2024/8/21第20頁第16章OpenCV圖像處理2、程序源碼(1)包含所需的頭文件#include<iostream>//標準輸入/輸出流#include<vector> //矢量//OpenCV圖像處理包 #include"opencv2/imgproc/imgproc.hpp"http://OpenCV高層GUI包 #include"opencv2/highgui/highgui.hpp"http://OpenCV二維特征檢測與描述包 #include"opencv2/features2d/features2d.hpp"(2)聲明命名空間 usingnamespacestd;

//C++標準std命名空間usingnamespacecv; //OpenCV命名空間

2024/8/21第21頁第16章OpenCV圖像處理(3)自定義函數(shù)原型聲明(可選)voidaddNoise(Mat&image,intn,intnoise);//圖像加噪自定義函數(shù)

(4)main函數(shù)：主函數(shù)intmain(void){//建立三個窗口，分別用于顯示源圖像、加噪后圖像和平滑后的圖像

namedWindow("Source",CV_WINDOW_AUTOSIZE);namedWindow("Noised",CV_WINDOW_AUTOSIZE);namedWindow("Smoothed",CV_WINDOW_AUTOSIZE);//定義圖像容器src，并加載圖像lena.pngMatsrc=imread("lena.png",CV_BGR2GRAY);if(src.empty())return1;//判斷是否加載成功

imshow("Source",src); //顯示源圖像

addNoise(src,2000,255);//給圖像加入隨機噪聲imshow("Noised",src); //顯示加噪后的圖像

medianBlur(src,src,3);//對加噪后的圖像進行中值濾波平滑處理imshow("Smoothed",src); //顯示平滑后的圖像waitKey(); //等待用戶按鍵}

2024/8/21第22頁第16章OpenCV圖像處理(5)addNoise函數(shù)：用于對圖像添加隨機噪聲//入口參數(shù)：image—待添加噪聲的源圖像;n—加入噪聲點個數(shù);noise—噪聲類型//出口參數(shù)：無voidaddNoise(Mat&image,intn=1000,intnoise=0){srand(getTickCount()); //產(chǎn)生隨機數(shù)種子if(image.empty())return;//判斷源圖像是否有效for(intl=0;l<n;l++){ //循環(huán)添加噪聲點inti=rand()%image.rows; //隨機噪聲點行坐標intj=rand()%image.cols; //隨機噪聲點列坐標if(image.channels()>=3){ //圖像通道數(shù)判斷for(intk=0;k<image.channels();k++)//多通道image.at<Vec3b>(i,j)[k]=noise;//添加噪聲}else{ //單通道 image.at<uchar>(i,j)=noise;//添加噪聲}}}2024/8/21第23頁第16章OpenCV圖像處理2、運行結果

圖16.1加噪后的圖像圖16.2中值濾波平滑后的圖像2024/8/21第24頁第16章OpenCV圖像處理16.3.2

GUI界面模式按照15.2節(jié)的方法，(1)在Code::Blocks中新建工程；(2)工程模板選擇“wxWidgetsProjects”；(3)GUI界面設計器選擇“wxFormbuilder”；(4)應用程序類型選擇“FrameBased”；(5)其余頁面選項可根據(jù)實際情況確定，如wxWidgets是以動態(tài)鏈接庫還是靜態(tài)鏈接庫等等。關鍵步驟如圖16.3和圖16.4所示。

1、新建工程2024/8/21第25頁第16章OpenCV圖像處理圖16.3GUI設計器及應用程序類型選擇圖16.4wxWidgets庫設置wxSmith、wxFormbuilder分別是Code::Blocks自帶的設計器插件和為外部GUI設計器。建議初學者使用wxFormbuilder。【UsewxWidgetsDLL】：勾選表示使用DLL方式?！綞nableunicode】：勾選表示支持Unicode字符編碼。2024/8/21第26頁第16章OpenCV圖像處理2、GUI界面設計本GUI案例采用如表16.4所示的wxWidgets組件來設計完成，GUI界面的外觀如圖16.5所示。組件類功能在本案例中用途wxFrame框架窗口GUI頂層窗口wxMenuBar菜單提供菜單操作wxSizer布局容器提供GUI界面中各組件的布局功能wxStaticLine靜態(tài)線條用于GUI界面不同區(qū)域的分割線wxStaticText靜態(tài)文本用于顯示字符信息wxTextCtrl文本控件用于接收用戶輸入數(shù)據(jù)wxChoice選項控件提供用戶選擇(噪聲類型、平滑算法)wxButton按鈕執(zhí)行某種操作(如加噪、平滑濾波)表16.4所用到的wxWidgets組件2024/8/21第27頁第16章OpenCV圖像處理圖16.5wxFormbuilder下的GUI界面外觀2024/8/21第28頁第16章OpenCV圖像處理(1)菜單處理：本例只為“F文件”菜單中的“O打開”命令項的OnMenuSelection事件添加處理函數(shù)“OnFileopen”處理函數(shù)，完成打開一個圖像文件的操作。其余菜單項的事件處理采用系統(tǒng)生成的默認操作。(2)命令按鈕：分別為“加噪”、“平滑”兩個按鈕的“OnButtonClick”和“OnUpdateUI”事件添加處理函數(shù)：OnBtnAddNoise、OnUpdateUIAddnoise、OnBtnSmooth和OnUpdateUISmooth。3、生成代碼按15.3的方法，點擊工具欄“GenerateCode”按鈕和菜單“Tools\GenerateInheritedClass”生成GUI界面的C++代碼和派生類，并將派生類中事件處理函數(shù)的聲明和實現(xiàn)代碼框架拷貝到設計主文件，修改并完善相關代碼。2024/8/21第29頁第16章OpenCV圖像處理4、代碼分析本例的源代碼包含三個類和一個資源文件：應用程序類ImageSmoothApp、GUI界面類GUIFrame、resource.rc和ImageSmoothMain。(1)應用程序類ImageSmoothApp類2024/8/21第30頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第31頁第16章OpenCV圖像處理(2)設計主文件ImageSmoothFrame類2024/8/21第32頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第33頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第34頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第35頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第36頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第37頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第38頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第39頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第40頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第41頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第42頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第43頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第44頁第16章OpenCV圖像處理2024/8/21第45頁第16章OpenCV圖像處理(3)GUIFrame類GUIFrame是wxFormbuilder根據(jù)用戶GUI設計的布局自動生成的代碼，并作為類ImageSmoothFrame的父類加以繼承。關于GUIFram