OpenCV 矩阵的掩膜操作

Posted 2021-11-06 流楚丶格念

文章目录

• 掩膜操作
• • 什么是掩膜操作？
  • • 掩膜操作实现图像对比度调整
  • 如何获取图像像素指针？
  • 如何像素范围处理？
  • • 什么是像素范围处理？
    • 像素范围处理API——`saturate_cast`
  • 掩膜操作的API——filter2D
  • • 使用步骤
• 掩膜操作案例

掩膜操作

什么是掩膜操作？

掩膜操作是指根据掩膜矩阵（也称作核kernel）重新计算图像中每个像素的值。掩膜矩阵中的值表示了邻近像素值（包括该像素自身的值）对新像素值有多大的影响。从数学的观点来看，我们用自己设置的权值，对像素领域内的值做了个加权平均。

比如，下面这个公式表示用5倍当前像素的值减去该像素上、下、左、右四个像素值和，得到的结果赋值给当前像素。使用该公式可以用于提升图像的对比度。调节I(i,j)的系数权重可以得到不同的对比度提升效果。

上面的公式可以用掩膜矩阵表示成如下的形式。

掩膜操作可以实现图像对比度的调整，使得图像可以锐化，提高图像对比度。

掩膜操作实现图像对比度调整

红色是中心像素，从上到下，从左到右对每个像素做同样的处理操作，得到最终结果就是对比度提高之后的输出图像Mat对象

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下面我们继续探究，如果要想进行掩膜操作，就要先获取图像像素指针和进行像素范围处理

如何获取图像像素指针？

CV_Assert(myImage.depth() == CV_8U); 

Mat.ptr(int i=0) 获取像素矩阵的指针，索引i表示第几行，从0开始计行数。
获得当前行指针const uchar* current=myImage.ptr(row );
获取当前像素点P(row, col)的像素值 p(row, col) =current[col]

如何像素范围处理？

什么是像素范围处理？

我们在设置图像像素的灰度值或者RGB值时候，如果不了解，会随意设置，以RGB为例，他们的取值范围是从0 到255，所以如果我们输入范围以外的数据，为防止程序出错，我们需要控制范围，保证我们输入非法数据时候，不会导致程序出现问题。

处理的原则如下：

如果我们输入小于0的值，它会返回0，
如果我们输入大于255的值，它会返回255，
如果我们输入0-255之间的值，它会正常返回。

那么我们用的时候怎么进行处理呢？

这里就要用到像素范围处理函数saturate_cast<uchar>

像素范围处理API——saturate_cast<uchar>

saturate_cast<uchar>（-100），返回 0。
saturate_cast<uchar>（288），返回255
saturate_cast<uchar>（100），返回100

这个函数的功能是确保RGB值得范围在0~255之间

掩膜操作的API——filter2D

掩膜操作的API是filter2D，函数原型是：

void filter2D( 
    InputArray src, 
    OutputArray dst, 
    int ddepth,                            
    InputArray kernel, 
    Point anchor = Point(-1,-1),                            
    double delta = 0, 
    int borderType = BORDER_DEFAULT 
);

参数：

1. InputArray类型的src ，输入图像。
2. OutputArray类型的dst ，输出图像，图像的大小、通道数和输入图像相同。
3. int类型的ddepth，目标图像的所需深度。
4. InputArray类型的kernel，卷积核（或者更确切地说是相关核）是一种单通道浮点矩阵；如果要将不同的核应用于不同的通道，请使用split将图像分割成不同的颜色平面，并分别对其进行处理。。
5. Point类型的anchor，表示锚点（即被平滑的那个点），注意他有默认值Point(-1,-1)。如果这个点坐标是负值的话，就表示取核的中心为锚点，所以默认值Point(-1,-1)表示这个锚点在核的中心。。
6. double类型的delta，在将筛选的像素存储到dst中之前添加到这些像素的可选值。说的有点专业了其实就是给所选的像素值添加一个值delta。
7. int类型的borderType，用于推断图像外部像素的某种边界模式。有默认值BORDER_DEFAULT。

使用步骤

1. 定义掩膜：Mat kernel = (Mat_<char>(3,3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0);
2. filter2D( src, dst, src.depth(), kernel );其中src与dst是Mat类型变量、src.depth表示位图深度，有32、24、8等。

例如：

filter2D( src, dst, src.depth(), kernel );

掩膜操作案例

#include <iostream>
#include <math.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include<opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui_c.h>  

using namespace cv;

int main(int argc, char** argv) {
	Mat src, dst;
	src = imread("test2.jpg");
	if (!src.data) {
		printf("could not load image...\\n");
		return -1;
	}
	namedWindow("input image", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow("input image", src);

	// 矩阵计算 掩膜操作
	int cols = (src.cols - 1) * src.channels();
	int offsetx = src.channels();
	int rows = src.rows;

	dst = Mat::zeros(src.size(), src.type());
	for (int row = 1; row < (rows - 1); row++) {
		const uchar* previous = src.ptr<uchar>(row - 1);
		const uchar* current = src.ptr<uchar>(row);
		const uchar* next = src.ptr<uchar>(row + 1);
		uchar* output = dst.ptr<uchar>(row);
		for (int col = offsetx; col < cols; col++) {
			output[col] = saturate_cast<uchar>(5 * current[col] - (current[col - offsetx] + current[col + offsetx] + previous[col] + next[col]));
		}
	}

	namedWindow("contrast image demo", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow("contrast image demo", dst);
	
	// 使用 掩膜操作API
	Mat dst2;
	double t = getTickCount();
	Mat kernel = (Mat_<char>(3, 3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0);
	filter2D(src, dst2, src.depth(), kernel);
	double timeconsume = (getTickCount() - t) / getTickFrequency();
	printf("tim consume %.2f\\n", timeconsume);
	namedWindow("filter2D contrast image demo", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow("filter2D contrast image demo", dst2);


	waitKey(0);
	return 0;
}