opencv—常用函数学习_“干货“_7

时间：2024-07-17 13:19:34

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十九、模板匹配

从图像中提取矩形区域的子像素精度补偿 (getRectSubPix)

在图像中搜索和匹配模板 (matchTemplate)

比较两个形状（轮廓）的相似度 (matchShapes)

解释

二十、图像矩

计算图像或轮廓的矩 (moments)

计算图像或轮廓的Hu不变矩 (HuMoments)

解释

使用示例

二一、查找表变换

使用查找表对图像进行变换 (LUT)

解释

实际应用

伽马校正的示例

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十九、模板匹配

        在OpenCV中，模板匹配是图像处理和计算机视觉中的一种重要技术，用于在大图像中找到与模板图像匹配的区域。下面介绍一些常用的模板匹配函数及其使用示例。

模板匹配函数
getRectSubPix matchTemplate matchShapes
从图像中提取矩形区域的子像素精度补偿 在图像中搜索和匹配模板 比较两个形状（轮廓）的相似度

从图像中提取矩形区域的子像素精度补偿 (getRectSubPix)
import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('path_to_image.jpg')

# 定义中心和大小
center = (50, 50)
patch_size = (100, 100)

# 提取矩形区域
patch = cv2.getRectSubPix(image, patch_size, center)

cv2.imshow('Original Image', image)
cv2.imshow('Extracted Patch', patch)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
在图像中搜索和匹配模板 (matchTemplate)
# 读取图像和模板
image = cv2.imread('path_to_image.jpg', 0)
template = cv2.imread('path_to_template.jpg', 0)

# 进行模板匹配
result = cv2.matchTemplate(image, template, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)

# 获取最佳匹配位置
min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(result)

# 绘制匹配结果
top_left = max_loc
h, w = template.shape
bottom_right = (top_left[0] + w, top_left[1] + h)
cv2.rectangle(image, top_left, bottom_right, 255, 2)

cv2.imshow('Template Matched', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
比较两个形状（轮廓）的相似度 (matchShapes)
# 读取图像并转换为灰度图
image1 = cv2.imread('path_to_image1.jpg', 0)
image2 = cv2.imread('path_to_image2.jpg', 0)

# 阈值化
_, binary1 = cv2.threshold(image1, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
_, binary2 = cv2.threshold(image2, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 提取轮廓
contours1, _ = cv2.findContours(binary1, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
contours2, _ = cv2.findContours(binary2, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 计算相似度
if contours1 and contours2:
    similarity = cv2.matchShapes(contours1[0], contours2[0], cv2.CONTOURS_MATCH_I1, 0.0)
    print(f'Shape similarity: {similarity}')

解释

  • getRectSubPix：从图像中提取矩形区域的子像素精度补偿，适用于需要高精度提取的场景。
  • matchTemplate：在大图像中搜索和匹配模板，返回一个相似度图，可以进一步处理以找到最佳匹配位置。
  • matchShapes：比较两个形状（轮廓）的相似度，返回一个相似度值，值越小表示形状越相似。

这些示例展示了如何使用OpenCV中的各种模板匹配函数来处理图像。根据具体的应用需求，可以灵活运用这些函数来实现复杂的模板匹配任务。

二十、图像矩

        在OpenCV中，图像矩是图像的一个重要特征，用于描述图像的形状和分布。常用的图像矩函数包括 moments 和 HuMoments。下面介绍这些函数及其使用示例。

图像矩函数
moments HuMoments
计算图像或轮廓的矩 计算图像或轮廓的Hu不变矩
计算图像或轮廓的矩 (moments)
import cv2
import numpy as np

# 读取图像并转换为灰度图
image = cv2.imread('path_to_image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 应用阈值处理
_, binary_image = cv2.threshold(image, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 计算轮廓
contours, _ = cv2.findContours(binary_image, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 计算第一个轮廓的矩
if contours:
    moments = cv2.moments(contours[0])
    print("Moments:", moments)
计算图像或轮廓的Hu不变矩 (HuMoments)
# 计算第一个轮廓的矩
if contours:
    moments = cv2.moments(contours[0])

    # 计算Hu不变矩
    hu_moments = cv2.HuMoments(moments).flatten()
    print("Hu Moments:", hu_moments)

解释

  • moments：计算图像或轮廓的矩，返回一个包含多种矩（如零阶矩、一阶矩、二阶矩等）的字典。这些矩可以用来计算图像的质心、面积、惯性矩等。
  • HuMoments：根据普通矩计算Hu不变矩，返回7个不变矩。这些不变矩对图像的缩放、旋转和镜像变换保持不变，是一种强有力的形状特征。

使用示例

        下面是一个综合的示例，展示了如何使用moments和HuMoments来计算图像或轮廓的矩和不变矩。

import cv2
import numpy as np

# 读取图像并转换为灰度图
image = cv2.imread('path_to_image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 应用阈值处理
_, binary_image = cv2.threshold(image, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 计算轮廓
contours, _ = cv2.findContours(binary_image, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 计算第一个轮廓的矩和Hu不变矩
if contours:
    contour = contours[0]
    
    # 计算矩
    moments = cv2.moments(contour)
    print("Moments:", moments)
    
    # 计算质心
    cX = int(moments["m10"] / moments["m00"])
    cY = int(moments["m01"] / moments["m00"])
    print("Centroid:", (cX, cY))
    
    # 计算Hu不变矩
    hu_moments = cv2.HuMoments(moments).flatten()
    print("Hu Moments:", hu_moments)
    
    # 在图像上绘制轮廓和质心
    image_color = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_GRAY2BGR)
    cv2.drawContours(image_color, [contour], -1, (0, 255, 0), 2)
    cv2.circle(image_color, (cX, cY), 5, (0, 0, 255), -1)
    cv2.imshow("Contour with Centroid", image_color)
    cv2.waitKey(0)
    cv2.destroyAllWindows()

        这些示例展示了如何使用OpenCV中的图像矩函数来处理图像，根据具体的应用需求，可以灵活运用这些函数来实现复杂的图像特征提取和分析任务。

二一、查找表变换

        在OpenCV中，查找表（LUT，Look-Up Table）变换是一种高效的像素值映射方法，用于对图像进行各种非线性变换。通过预先定义一个查找表，可以快速地将输入图像的像素值转换为输出图像的像素值。OpenCV提供了LUT函数来实现这一功能。

查找表变换函数
LUT 使用查找表对图像进行变换

使用查找表对图像进行变换 (LUT)
import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('path_to_image.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 定义一个查找表，将像素值变换为其平方根的结果
lut = np.array([np.sqrt(i) * 16 for i in range(256)], dtype=np.uint8)

# 应用查找表变换
result_image = cv2.LUT(image, lut)

# 显示原图像和变换后的图像
cv2.imshow('Original Image', image)
cv2.imshow('LUT Transformed Image', result_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

解释

  • 定义查找表：在这个示例中，我们定义了一个查找表lut，将每个像素值映射到其平方根乘以16的值。np.sqrt(i) * 16用于计算像素值的平方根并放大以增加对比度。
  • 应用查找表变换：使用cv2.LUT函数将查找表应用于图像。这将图像中的每个像素值替换为查找表中对应的值。

实际应用

        查找表变换在图像处理中的应用非常广泛，常用于以下场景：

  1. 伽马校正：调整图像的亮度和对比度。
  2. 颜色映射：将灰度图像映射到伪彩色图像。
  3. 非线性增强：对图像进行对数变换、指数变换等非线性增强。
伽马校正的示例
# 伽马校正的查找表
gamma = 2.2
lut = np.array([((i / 255.0) ** gamma) * 255 for i in range(256)], dtype=np.uint8)

# 应用查找表变换
gamma_corrected_image = cv2.LUT(image, lut)

# 显示伽马校正后的图像
cv2.imshow('Gamma Corrected Image', gamma_corrected_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

        在这个示例中，我们定义了一个用于伽马校正的查找表lut，并将其应用于图像以实现伽马校正效果。

        通过这些示例，可以看到如何使用OpenCV中的LUT函数来实现各种查找表变换。根据具体的应用需求，可以灵活定义查找表并应用于图像处理任务。

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