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C++函数pyrUp和pyrDown来实现图像金字塔功能

 [ 2017年8月8日 ] 【

  目标

  本文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。

  

  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:

  

  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
#include
#include
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)

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/// 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)。

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

创建窗口显示结果

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

执行无限循环,等待用户输入。

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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;
}
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