目標(biāo)

本文檔嘗試解答如下問(wèn)題：

如何使用OpenCV函數(shù) pyrUp 和 pyrDown 對(duì)圖像進(jìn)行向上和向下采樣。

原理

Note 以下內(nèi)容來(lái)自于Bradski和Kaehler的大作： Learning OpenCV 。

當(dāng)我們需要將圖像轉(zhuǎn)換到另一個(gè)尺寸的時(shí)候， 有兩種可能：

放大 圖像 或者

縮小 圖像。

盡管OpenCV 幾何變換 部分提供了一個(gè)真正意義上的圖像縮放函數(shù)(resize, 在以后的教程中會(huì)學(xué)到),不過(guò)在本篇我們首先學(xué)習(xí)一下使用 圖像金字塔 來(lái)做圖像縮放, 圖像金字塔是視覺(jué)運(yùn)用中廣泛采用的一項(xiàng)技術(shù)。

圖像金字塔

一個(gè)圖像金字塔是一系列圖像的集合 - 所有圖像來(lái)源于同一張?jiān)紙D像 - 通過(guò)梯次向下采樣獲得，直到達(dá)到某個(gè)終止條件才停止采樣。

有兩種類型的圖像金字塔常常出現(xiàn)在文獻(xiàn)和應(yīng)用中:

高斯金字塔(Gaussian pyramid): 用來(lái)向下采樣

拉普拉斯金字塔(Laplacian pyramid): 用來(lái)從金字塔低層圖像重建上層未采樣圖像

在這篇文檔中我們將使用 高斯金字塔 。

高斯金字塔

想想金字塔為一層一層的圖像，層級(jí)越高，圖像越小。

每一層都按從下到上的次序編號(hào)， 層級(jí) (i+1) (表示為 G_{i+1} 尺寸小于層級(jí) i (G_{i}))。

為了獲取層級(jí)為 (i+1) 的金字塔圖像，我們采用如下方法:

將 G_{i} 與高斯內(nèi)核卷積:

將所有偶數(shù)行和列去除。

顯而易見(jiàn)，結(jié)果圖像只有原圖的四分之一。通過(guò)對(duì)輸入圖像 G_{0} (原始圖像) 不停迭代以上步驟就會(huì)得到整個(gè)金字塔。

以上過(guò)程描述了對(duì)圖像的向下采樣，如果將圖像變大呢?:

首先，將圖像在每個(gè)方向擴(kuò)大為原來(lái)的兩倍，新增的行和列以0填充(0)

使用先前同樣的內(nèi)核(乘以4)與放大后的圖像卷積，獲得 “新增像素” 的近似值。

這兩個(gè)步驟(向下和向上采樣) 分別通過(guò)OpenCV函數(shù) pyrUp 和 pyrDown 實(shí)現(xiàn), 我們將會(huì)在下面的示例中演示如何使用這兩個(gè)函數(shù)。

Note 我們向下采樣縮小圖像的時(shí)候, 我們實(shí)際上 丟失 了一些信息。

源碼

本教程的源碼如下，你也可以從 這里 下載

#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
using namespace cv;
/// 全局變量
Mat src, dst, tmp;
char* window_name = "Pyramids Demo";
/**
 * @函數(shù) main
 */
int main( int argc, char** argv )
{
 /// 指示說(shuō)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" );
 /// 測(cè)試圖像 - 尺寸必須能被 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;
 /// 創(chuàng)建顯示窗口
 namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );
 imshow( window_name, dst );
 /// 循環(huán)
 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;
}

解釋

讓我們來(lái)回顧一下本程序的總體流程:

裝載圖像(此處路徑由程序設(shè)定，用戶無(wú)需將圖像路徑當(dāng)作參數(shù)輸入)

/// 測(cè)試圖像 - 尺寸必須能被 2^{n} 整除
src = imread( "../images/chicky_512.jpg" );
if( !src.data )
 { printf(" No data! -- Exiting the program \n");
 return -1; }

創(chuàng)建兩個(gè)Mat實(shí)例， 一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存操作結(jié)果(dst)， 另一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)零時(shí)結(jié)果(tmp)。

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

創(chuàng)建窗口顯示結(jié)果

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

執(zhí)行無(wú)限循環(huán)，等待用戶輸入。

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;
}

如果用戶按 ESC 鍵程序退出。 此外，它還提供兩個(gè)選項(xiàng):

向上采樣 (按 ‘u')

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

函數(shù) pyrUp 接受了3個(gè)參數(shù):

tmp: 當(dāng)前圖像， 初始化為原圖像 src 。

dst: 目的圖像( 顯示圖像，為輸入圖像的兩倍)

Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) : 目的圖像大小， 既然我們是向上采樣， pyrUp 期待一個(gè)兩倍于輸入圖像( tmp )的大小。

向下采樣(按 ‘d')

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

類似于 pyrUp, 函數(shù) pyrDown 也接受了3個(gè)參數(shù):

tmp: 當(dāng)前圖像， 初始化為原圖像 src 。

dst: 目的圖像( 顯示圖像，為輸入圖像的一半)

Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) :目的圖像大小， 既然我們是向下采樣， pyrDown 期待一個(gè)一半于輸入圖像( tmp)的大小。

注意輸入圖像的大小(在兩個(gè)方向)必須是2的冥，否則，將會(huì)顯示錯(cuò)誤。

最后，將輸入圖像 tmp 更新為當(dāng)前顯示圖像, 這樣后續(xù)操作將作用于更新后的圖像。

tmp = dst;

結(jié)果

在編譯上面的代碼之后, 我們可以運(yùn)行結(jié)果。 程序調(diào)用了圖像 chicky_512.jpg ，你可以在 tutorial_code/image 文件夾找到它。 注意圖像大小是 512 \times 512, 因此向下采樣不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤(512 = 2^{9})。 原圖像如下所示:

首先按兩次 ‘d' 連續(xù)兩次向下采樣 pyrDown ，結(jié)果如圖:

由于我們縮小了圖像，我們也因此丟失了一些信息。通過(guò)連續(xù)按兩次 ‘u' 向上采樣兩次 pyrUp ，很明顯圖像有些失真：

以上所述是小編給大家介紹的C++函數(shù)pyrUp和pyrDown來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像金字塔功能，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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