给图像添加边界

目标

本文档尝试解答如下问题:

如何使用OpenCV函数 copyMakeBorder 设置边界(添加额外的边界)。

Theory

Note

以下内容来自于Bradski和Kaehler的大作 Learning OpenCV 。

前一节我们学习了图像的卷积操作。一个很自然的问题是如何处理卷积边缘。当卷积点在图像边界时会发生什么，如何处理这个问题？
大多数用到卷积操作的OpenCV函数都是将给定图像拷贝到另一个轻微变大的图像中，然后自动填充图像边界(通过下面示例代码中的各种方式)。这样卷积操作就可以在边界像素安全执行了(填充边界在操作完成后会自动删除)。
本文档将会探讨填充图像边界的两种方法:
1. BORDER_CONSTANT: 使用常数填充边界 (i.e. 黑色或者 $0$ )
2. BORDER_REPLICATE: 复制原图中最临近的行或者列。
源码部分给出更加详细的解释。

源码

本程序做什么?
- 装载图像
- 由用户决定使用哪种填充方式。有两个选项:
  1. 常数边界: 所有新增边界像素使用一个常数，程序每0.5秒会产生一个随机数更新该常数值。
  2. 复制边界: 复制原图像的边界像素。
  用户可以选择按 ‘c’ 键 (常数边界) 或者 ‘r’ 键 (复制边界)
- 当用户按 ‘ESC’ 键，程序退出。
下面是本教程的源码，你也可以从这里下载

#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

using namespace cv;

/// 全局变量
Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType;
Scalar value;
char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);

/** @函数 main  */
int main( int argc, char** argv )
{

  int c;

  /// 装载图像
  src = imread( argv[1] );

  if( !src.data )
  { return -1;
    printf(" No data entered, please enter the path to an image file \n");
  }

  /// 使用说明
  printf( "\n \t copyMakeBorder Demo: \n" );
  printf( "\t -------------------- \n" );
  printf( " ** Press \'c\' to set the border to a random constant value \n");
  printf( " ** Press \'r\' to set the border to be replicated \n");
  printf( " ** Press \'ESC\' to exit the program \n");

  /// 创建显示窗口
  namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );

  /// 初始化输入参数
  top = (int) (0.05*src.rows); bottom = (int) (0.05*src.rows);
  left = (int) (0.05*src.cols); right = (int) (0.05*src.cols);
  dst = src;

  imshow( window_name, dst );

  while( true )
    {
      c = waitKey(500);

      if( (char)c == 27 )
        { break; }
      else if( (char)c == \'c\' )
        { borderType = BORDER_CONSTANT; }
      else if( (char)c == \'r\' )
        { borderType = BORDER_REPLICATE; }

      value = Scalar( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );
      copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );

      imshow( window_name, dst );
    }

  return 0;
}

解释

首先申明程序中用到的变量:

Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType;
Scalar value;
char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);

尤其要注意变量 rng ，这是一个随机数生成器，用来产生随机边界色彩。

装载原图像 src:

src = imread( argv[1] );

if( !src.data )
{ return -1;
  printf(" No data entered, please enter the path to an image file \n");
}

在简要说明了程序的使用方法后，创建一个显示窗口:
```
namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );
```

初始化边界宽度参数(top, bottom, left 和 right)。我们将它们设定为图像 src 大小的5%。

top = (int) (0.05*src.rows); bottom = (int) (0.05*src.rows);
left = (int) (0.05*src.cols); right = (int) (0.05*src.cols);

程序进入 while 循环。如果用户按’c’键或者 ‘r’键, 变量 borderType 分别取值 BORDER_CONSTANT 或 BORDER_REPLICATE:

while( true )
 {
   c = waitKey(500);

   if( (char)c == 27 )
     { break; }
   else if( (char)c == \'c\' )
     { borderType = BORDER_CONSTANT; }
   else if( (char)c == \'r\' )
     { borderType = BORDER_REPLICATE; }

每个循环 (周期 0.5 秒), 变量 value 自动更新...
```
value = Scalar( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );
```
为一个由 RNG 类型变量 rng 产生的随机数。随机数的范围在 $[0,255]$ 之间。
最后调用函数 copyMakeBorder 填充边界像素:
```
copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );
```
接受参数:
1. src: 原图像
2. dst: 目标图像
3. top, bottom, left, right: 各边界的宽度，此处定义为原图像尺寸的5%。
4. borderType: 边界类型，此处可以选择常数边界或者复制边界。
5. value: 如果 borderType 类型是 BORDER_CONSTANT, 该值用来填充边界像素。
显示输出图像
```
imshow( window_name, dst );
```

结果

在编译上面的代码之后, 我们可以运行结果，将图片路径输入。结果应该为：
- 程序启动时边界类型为 BORDER_CONSTANT (0), 因此，一开始边界颜色任意变换。
- 如果用户按 ‘r’ 键, 边界将会变成原图像边缘的拷贝。
- 如果用户按 ‘c’ 键, 边界再次变为任意颜色。
- 如果用户按 ‘ESC’ 键，程序退出。
下面显示了几张截图演示了边界颜色如何改变，以及在边界类型为 BORDER_REPLICATE 时的情形:

秒客网

给图像添加新边界（图像扩大一圈后，如何填充这些像素）

给图像添加边界

目标

Theory

源码

解释

结果