python+opencv怎么實現堆疊圖片

Python+OpenCV怎么實現堆疊圖片

在圖像處理和計算機視覺領域，堆疊圖片是一種常見的操作。通過堆疊圖片，我們可以將多張圖片組合在一起，形成一張更大的圖片，或者將多張圖片按照一定的規則排列在一起。Python 和 OpenCV 提供了強大的工具來實現這一操作。本文將詳細介紹如何使用 Python 和 OpenCV 來實現圖片的堆疊。

1. 準備工作

在開始之前，我們需要確保已經安裝了 Python 和 OpenCV。如果還沒有安裝，可以使用以下命令進行安裝：

pip install opencv-python

此外，我們還需要準備一些圖片用于堆疊。假設我們有三張圖片 image1.jpg, image2.jpg, 和 image3.jpg。

2. 加載圖片

首先，我們需要加載這些圖片。使用 OpenCV 的 cv2.imread() 函數可以輕松地加載圖片。

import cv2

# 加載圖片
image1 = cv2.imread('image1.jpg')
image2 = cv2.imread('image2.jpg')
image3 = cv2.imread('image3.jpg')

# 檢查圖片是否加載成功
if image1 is None or image2 is None or image3 is None:
    print("Error: 無法加載圖片")
    exit()

3. 圖片堆疊的基本概念

圖片堆疊可以分為兩種主要方式：

1. 水平堆疊：將多張圖片按水平方向排列在一起。
2. 垂直堆疊：將多張圖片按垂直方向排列在一起。

OpenCV 提供了 cv2.hconcat() 和 cv2.vconcat() 函數來實現這兩種堆疊方式。

3.1 水平堆疊

水平堆疊是將多張圖片按水平方向排列在一起。假設我們有三張圖片，寬度分別為 w1, w2, 和 w3，高度為 h。水平堆疊后的圖片寬度為 w1 + w2 + w3，高度為 h。

# 水平堆疊
horizontal_stack = cv2.hconcat([image1, image2, image3])

# 顯示結果
cv2.imshow('Horizontal Stack', horizontal_stack)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

3.2 垂直堆疊

垂直堆疊是將多張圖片按垂直方向排列在一起。假設我們有三張圖片，高度分別為 h1, h2, 和 h3，寬度為 w。垂直堆疊后的圖片高度為 h1 + h2 + h3，寬度為 w。

# 垂直堆疊
vertical_stack = cv2.vconcat([image1, image2, image3])

# 顯示結果
cv2.imshow('Vertical Stack', vertical_stack)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

4. 處理不同尺寸的圖片

在實際應用中，我們可能會遇到不同尺寸的圖片。如果直接使用 cv2.hconcat() 或 cv2.vconcat()，可能會導致堆疊后的圖片出現空白區域或圖片被裁剪的情況。為了解決這個問題，我們需要對圖片進行縮放或填充，使它們的尺寸一致。

4.1 縮放圖片

我們可以使用 cv2.resize() 函數來縮放圖片，使其尺寸一致。

# 獲取圖片尺寸
h1, w1 = image1.shape[:2]
h2, w2 = image2.shape[:2]
h3, w3 = image3.shape[:2]

# 計算最大寬度和高度
max_width = max(w1, w2, w3)
max_height = max(h1, h2, h3)

# 縮放圖片
image1_resized = cv2.resize(image1, (max_width, max_height))
image2_resized = cv2.resize(image2, (max_width, max_height))
image3_resized = cv2.resize(image3, (max_width, max_height))

# 水平堆疊
horizontal_stack_resized = cv2.hconcat([image1_resized, image2_resized, image3_resized])

# 顯示結果
cv2.imshow('Horizontal Stack Resized', horizontal_stack_resized)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

4.2 填充圖片

另一種方法是使用填充來使圖片尺寸一致。我們可以使用 cv2.copyMakeBorder() 函數來添加邊框。

# 計算需要填充的寬度和高度
pad_width1 = max_width - w1
pad_height1 = max_height - h1

pad_width2 = max_width - w2
pad_height2 = max_height - h2

pad_width3 = max_width - w3
pad_height3 = max_height - h3

# 填充圖片
image1_padded = cv2.copyMakeBorder(image1, 0, pad_height1, 0, pad_width1, cv2.BORDER_CONSTANT, value=[0, 0, 0])
image2_padded = cv2.copyMakeBorder(image2, 0, pad_height2, 0, pad_width2, cv2.BORDER_CONSTANT, value=[0, 0, 0])
image3_padded = cv2.copyMakeBorder(image3, 0, pad_height3, 0, pad_width3, cv2.BORDER_CONSTANT, value=[0, 0, 0])

# 水平堆疊
horizontal_stack_padded = cv2.hconcat([image1_padded, image2_padded, image3_padded])

# 顯示結果
cv2.imshow('Horizontal Stack Padded', horizontal_stack_padded)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

5. 自定義堆疊布局

有時候，我們可能需要更復雜的堆疊布局，比如將圖片排列成一個網格。在這種情況下，我們可以使用 NumPy 數組來手動構建堆疊后的圖片。

5.1 創建空白畫布

首先，我們需要創建一個空白畫布，用于放置堆疊后的圖片。

import numpy as np

# 計算畫布尺寸
canvas_width = max_width * 3
canvas_height = max_height

# 創建空白畫布
canvas = np.zeros((canvas_height, canvas_width, 3), dtype=np.uint8)

# 將圖片放置到畫布上
canvas[0:max_height, 0:max_width] = image1_resized
canvas[0:max_height, max_width:2*max_width] = image2_resized
canvas[0:max_height, 2*max_width:3*max_width] = image3_resized

# 顯示結果
cv2.imshow('Custom Layout', canvas)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

5.2 更復雜的布局

如果我們需要更復雜的布局，比如將圖片排列成一個 2x2 的網格，我們可以按照類似的方法進行操作。

# 計算畫布尺寸
canvas_width = max_width * 2
canvas_height = max_height * 2

# 創建空白畫布
canvas = np.zeros((canvas_height, canvas_width, 3), dtype=np.uint8)

# 將圖片放置到畫布上
canvas[0:max_height, 0:max_width] = image1_resized
canvas[0:max_height, max_width:2*max_width] = image2_resized
canvas[max_height:2*max_height, 0:max_width] = image3_resized
canvas[max_height:2*max_height, max_width:2*max_width] = image4_resized  # 假設我們有第四張圖片

# 顯示結果
cv2.imshow('2x2 Grid Layout', canvas)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

6. 保存堆疊后的圖片

最后，我們可以使用 cv2.imwrite() 函數將堆疊后的圖片保存到磁盤。

# 保存水平堆疊的圖片
cv2.imwrite('horizontal_stack.jpg', horizontal_stack)

# 保存垂直堆疊的圖片
cv2.imwrite('vertical_stack.jpg', vertical_stack)

# 保存自定義布局的圖片
cv2.imwrite('custom_layout.jpg', canvas)

7. 總結

通過本文的介紹，我們學習了如何使用 Python 和 OpenCV 來實現圖片的堆疊。我們探討了水平堆疊和垂直堆疊的基本概念，并介紹了如何處理不同尺寸的圖片。此外，我們還學習了如何創建自定義的堆疊布局，并將堆疊后的圖片保存到磁盤。

圖片堆疊是圖像處理中的一個基礎操作，掌握這一技能對于進一步學習圖像處理和計算機視覺技術非常有幫助。希望本文能夠幫助你更好地理解和使用 Python 和 OpenCV 來實現圖片堆疊。