OpenCV图像处理之图像拼接详解

目录

• 图像拼接技术
• 一、需求分析
• 二、具体步骤
• 三、代码实现

图像拼接技术

一、需求分析

将下面两张图像进行拼接

拼接得到一张完整的图像

二、具体步骤

1.选择特征点

    //1、选择特征点
    //左图 右图 识别特征点 是Mat对象 用c d保存
    surf->detectAndCompute(left,Mat(),key2,d);
    surf->detectAndCompute(right,Mat(),key1,c);

    //特征点对比，保存   特征点为中心点区域比对
    vector<DMatch> matches;
    matcher.match(d,c,matches);

    //排序从小到大 找到特征点连线
    sort(matches.begin(),matches.end());

2.保存最优的特征点对象

    //2、保存最优的特征点对象
    vector<DMatch>good_matches;
    int ptrpoint = std::min(50,(int)(matches.size()*0.15));
    for (int i = 0;i < ptrpoint;i++)
    {
        good_matches.push_back(matches[i]);
    }

    //2-1、画线 最优的特征点对象连线
    Mat outimg;
    drawMatches(left,key2,right,key1,good_matches,outimg,
                Scalar::all(-1),Scalar::all(-1),
                vector<char>(),DrawMatchesFlags::NOT_DRAW_SINGLE_POINTS);

    //imshow("outimg",outimg);

3.特征点匹配

    //3、特征点匹配
    vector<Point2f>imagepoint1,imagepoint2;
    for (int i= 0 ;i < good_matches.size();i++)
    {
        //查找特征点可连接处                          变形
        imagepoint1.push_back(key1[good_matches[i].trainIdx].pt);
        //查找特征点可连接处                          查找基准线
        imagepoint2.push_back(key2[good_matches[i].queryIdx].pt);
    }

4.透视转换 图像融合

    //4、透视转换 图形融合
    Mat homo = findHomography(imagepoint1,imagepoint2,CV_RANSAC);
    //imshow("homo",homo);

    //根据透视转换矩阵进行计算 四个坐标
    CalcCorners(homo,right);

    //接收透视转换结果
    Mat imageTransForm;
    //透视转换
    warpPerspective(right,imageTransForm,homo,
                    Size(MAX(corners.right_top.x,corners.right_bottom.x),left.rows));

    //右图透视变换 由于本次图片材料是自己截图拼接的 因此看不出透视变换的明显特征
    //imshow("imageTransForm",imageTransForm);

    //结果进行整合
    int dst_width = imageTransForm.cols;
    int dst_height = left.rows;

    Mat dst(dst_height,dst_width,CV_8UC3);
    dst.setTo(0);

    imageTransForm.copyTo(dst(Rect(0,0,imageTransForm.cols,imageTransForm.rows)));
    left.copyTo(dst(Rect(0,0,left.cols,left.rows)));

右图的透视转换，由于图像材料是自己截图拼接的，因此看不出透视变换的明显特征，但根据上图可知已经做出透视变换图像处理操作

左图与右图的透视转换结果 拼接 【这里只是将窗口移动测试看下前面步骤是否正确】

可以看出左图与右图的透视转换结果 是可以进行接下来的图像融合操作的

5.优化图像 进行最终的结果展示

    //5、优化图像
    OptimizeSeam(left,imageTransForm,dst);

    //最终图像拼接结果
    imshow("dst",dst);

可以看出 顺利完成 两张图像拼接的图像处理操作

三、代码实现

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>//图像融合
#include <opencv2/xfeatures2d.hpp>//拼接算法
#include <opencv2/calib3d.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp>

using namespace std;
using namespace cv;
using namespace cv::xfeatures2d;

typedef struct
{
    Point2f left_top;
    Point2f left_bottom;
    Point2f right_top;
    Point2f right_bottom;
}four_corners_t;

four_corners_t corners;

void CalcCorners(const Mat& H, const Mat& src)
{
    double v2[] = { 0, 0, 1 };//左上角
    double v1[3];//变换后的坐标值
    Mat V2 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v2);  //列向量
    Mat V1 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v1);  //列向量

    V1 = H * V2;
    //左上角(0,0,1)
    cout << "V2: " << V2 << endl;
    cout << "V1: " << V1 << endl;
    corners.left_top.x = v1[0] / v1[2];
    corners.left_top.y = v1[1] / v1[2];

    //左下角(0,src.rows,1)
    v2[0] = 0;
    v2[1] = src.rows;
    v2[2] = 1;
    V2 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v2);  //列向量
    V1 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v1);  //列向量
    V1 = H * V2;
    corners.left_bottom.x = v1[0] / v1[2];
    corners.left_bottom.y = v1[1] / v1[2];

    //右上角(src.cols,0,1)
    v2[0] = src.cols;
    v2[1] = 0;
    v2[2] = 1;
    V2 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v2);  //列向量
    V1 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v1);  //列向量
    V1 = H * V2;
    corners.right_top.x = v1[0] / v1[2];
    corners.right_top.y = v1[1] / v1[2];

    //右下角(src.cols,src.rows,1)
    v2[0] = src.cols;
    v2[1] = src.rows;
    v2[2] = 1;
    V2 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v2);  //列向量
    V1 = Mat(3, 1, CV_64FC1, v1);  //列向量
    V1 = H * V2;
    corners.right_bottom.x = v1[0] / v1[2];
    corners.right_bottom.y = v1[1] / v1[2];

}

//图像融合的去裂缝处理操作
void OptimizeSeam(Mat& img1, Mat& trans, Mat& dst)
{
    int start = MIN(corners.left_top.x, corners.left_bottom.x);//开始位置，即重叠区域的左边界

    double processWidth = img1.cols - start;//重叠区域的宽度
    int rows = dst.rows;
    int cols = img1.cols; //注意，是列数*通道数
    double alpha = 1;//img1中像素的权重
    for (int i = 0; i < rows; i++)
    {
        uchar* p = img1.ptr<uchar>(i);  //获取第i行的首地址
        uchar* t = trans.ptr<uchar>(i);
        uchar* d = dst.ptr<uchar>(i);
        for (int j = start; j < cols; j++)
        {
            //如果遇到图像trans中无像素的黑点，则完全拷贝img1中的数据
            if (t[j * 3] == 0 && t[j * 3 + 1] == 0 && t[j * 3 + 2] == 0)
            {
                alpha = 1;
            }
            else
            {
                //img1中像素的权重，与当前处理点距重叠区域左边界的距离成正比，实验证明，这种方法确实好
                alpha = (processWidth - (j - start)) / processWidth;
            }

            d[j * 3] = p[j * 3] * alpha + t[j * 3] * (1 - alpha);
            d[j * 3 + 1] = p[j * 3 + 1] * alpha + t[j * 3 + 1] * (1 - alpha);
            d[j * 3 + 2] = p[j * 3 + 2] * alpha + t[j * 3 + 2] * (1 - alpha);

        }
    }
}

int main()
{
    //左图
    Mat left = imread("D:/00000000000003jieduanshipincailliao/a1.png");
    //右图
    Mat right = imread("D:/00000000000003jieduanshipincailliao/a2.png");

    //左右图显示
    imshow("left",left);
    imshow("right",right);

    //创建SURF对象
    Ptr<SURF> surf;
    //create 函数参数 海森矩阵阀值 800特征点以内
    surf = SURF::create(800);

    //创建一个暴力匹配器 用于特征点匹配
    BFMatcher matcher;

    //特征点容器 存放特征点KeyPoint
    vector<KeyPoint>key1,key2;
    //保存特征点
    Mat c,d;

    //1、选择特征点
    //左图 右图 识别特征点 是Mat对象 用c d保存
    surf->detectAndCompute(left,Mat(),key2,d);
    surf->detectAndCompute(right,Mat(),key1,c);

    //特征点对比，保存   特征点为中心点区域比对
    vector<DMatch> matches;
    matcher.match(d,c,matches);

    //排序从小到大 找到特征点连线
    sort(matches.begin(),matches.end());

    //2、保存最优的特征点对象
    vector<DMatch>good_matches;
    int ptrpoint = std::min(50,(int)(matches.size()*0.15));
    for (int i = 0;i < ptrpoint;i++)
    {
        good_matches.push_back(matches[i]);
    }

    //2-1、画线 最优的特征点对象连线
    Mat outimg;
    drawMatches(left,key2,right,key1,good_matches,outimg,
                Scalar::all(-1),Scalar::all(-1),
                vector<char>(),DrawMatchesFlags::NOT_DRAW_SINGLE_POINTS);

    //imshow("outimg",outimg);

    //3、特征点匹配
    vector<Point2f>imagepoint1,imagepoint2;
    for (int i= 0 ;i < good_matches.size();i++)
    {
        //查找特征点可连接处                          变形
        imagepoint1.push_back(key1[good_matches[i].trainIdx].pt);
        //查找特征点可连接处                          查找基准线
        imagepoint2.push_back(key2[good_matches[i].queryIdx].pt);
    }

    //4、透视转换 图形融合
    Mat homo = findHomography(imagepoint1,imagepoint2,CV_RANSAC);
    //imshow("homo",homo);

    //根据透视转换矩阵进行计算 四个坐标
    CalcCorners(homo,right);

    //接收透视转换结果
    Mat imageTransForm;
    //透视转换
    warpPerspective(right,imageTransForm,homo,
                    Size(MAX(corners.right_top.x,corners.right_bottom.x),left.rows));

    //右图透视变换 由于本次图片材料是自己截图拼接的 因此看不出透视变换的明显特征
    //imshow("imageTransForm",imageTransForm);

    //结果进行整合
    int dst_width = imageTransForm.cols;
    int dst_height = left.rows;

    Mat dst(dst_height,dst_width,CV_8UC3);
    dst.setTo(0);

    imageTransForm.copyTo(dst(Rect(0,0,imageTransForm.cols,imageTransForm.rows)));
    left.copyTo(dst(Rect(0,0,left.cols,left.rows)));

    //5、优化图像
    OptimizeSeam(left,imageTransForm,dst);

    //最终图像拼接结果
    imshow("dst",dst);

    waitKey(0);

    return 0;
}

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