C++函數pyrUp和pyrDown來實現圖像金字塔功能

目標

本文檔嘗試解答如下問題：

如何使用OpenCV函數 pyrUp 和 pyrDown 對圖像進行向上和向下采樣。

原理

Note 以下內容來自于Bradski和Kaehler的大作： Learning OpenCV 。

當我們需要將圖像轉換到另一個尺寸的時候， 有兩種可能：

放大 圖像 或者

縮小 圖像。

盡管OpenCV 幾何變換 部分提供了一個真正意義上的圖像縮放函數(resize, 在以后的教程中會學到),不過在本篇我們首先學習一下使用 圖像金字塔 來做圖像縮放, 圖像金字塔是視覺運用中廣泛采用的一項技術。

圖像金字塔

一個圖像金字塔是一系列圖像的集合 - 所有圖像來源于同一張原始圖像 - 通過梯次向下采樣獲得，直到達到某個終止條件才停止采樣。

有兩種類型的圖像金字塔常常出現在文獻和應用中:

高斯金字塔(Gaussian pyramid): 用來向下采樣

拉普拉斯金字塔(Laplacian pyramid): 用來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，層級越高，圖像越小。

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

為了獲取層級為 (i+1) 的金字塔圖像，我們采用如下方法:

將 G_{i} 與高斯內核卷積:

將所有偶數行和列去除。

顯而易見，結果圖像只有原圖的四分之一。通過對輸入圖像 G_{0} (原始圖像) 不停迭代以上步驟就會得到整個金字塔。

以上過程描述了對圖像的向下采樣，如果將圖像變大呢?:

首先，將圖像在每個方向擴大為原來的兩倍，新增的行和列以0填充(0)

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

這兩個步驟(向下和向上采樣) 分別通過OpenCV函數 pyrUp 和 pyrDown 實現, 我們將會在下面的示例中演示如何使用這兩個函數。

Note 我們向下采樣縮小圖像的時候, 我們實際上 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 main
 */
int main( int argc, char** argv )
{
 /// 指示說明
 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;
 /// 創建顯示窗口
 namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );
 imshow( window_name, dst );
 /// 循環
 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

讓我們來回顧一下本程序的總體流程:

裝載圖像(此處路徑由程序設定，用戶無需將圖像路徑當作參數輸入)

/// 測試圖像 - 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; }

創建兩個Mat實例， 一個用來儲存操作結果(dst)， 另一個用來存儲零時結果(tmp)。

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

創建窗口顯示結果

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

執行無限循環，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，它還提供兩個選項:

向上采樣 (按 ‘u')

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

函數 pyrUp 接受了3個參數:

tmp: 當前圖像， 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 pyrDown 也接受了3個參數:

tmp: 當前圖像， 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 期待一個一半于輸入圖像( tmp)的大小。

注意輸入圖像的大小(在兩個方向)必須是2的冥，否則，將會顯示錯誤。

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

tmp = dst;

結果

在編譯上面的代碼之后, 我們可以運行結果。 程序調用了圖像 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, 因此向下采樣不會產生錯誤(512 = 2^{9})。 原圖像如下所示:

首先按兩次 ‘d' 連續兩次向下采樣 pyrDown ，結果如圖:

由于我們縮小了圖像，我們也因此丟失了一些信息。通過連續按兩次 ‘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pyrUp和pyrDown來實現圖像金字塔功能，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對億速云網站的支持！