【OpenCV学习】【一】关于图像叠加以及原理解释（结合MATLAB）

            最近在随浅墨的博客学习OpenCV，受益匪浅，这系列博客记录OpenCV的学习历程，也对自己的学习做一个笔记。

首先感谢浅墨的OpenCV学习系列教程，帮助很大，在此添加浅墨文章的链接。

【OpenCV入门教程之一】

以下结合教程写出关于使用OpenCV实现图像叠加的代码以及一些原理解释，同时结合MATLAB进行学习。

图像的叠加：

由浅入深一步一步学习，首先实现图像叠加，这里添出background图(大图)，logo图(小图),实现logo嵌入background任意感兴趣部分，这里有两种方法，先把两种方法的代码添出，再做进一步讨论。先添图片，background和logo。

background:

logo:

方法一：

//---------------------------------------------------------------------------
// 【程序说明】
//	实现功能：图像叠加
//	重要函数：imread,imshow,namedWindow（可参考浅墨文章）
//			  Rect,Range,copyTo,addWeighted(参考文章分解)
//---------------------------------------------------------------------------
 
#include<iostream>
#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace cv; 

int main( )
{	
	Mat background= imread("dota2.jpg");  
	Mat logo= imread("logo.jpg");  
   
	//载入后先显示  
	namedWindow("background");  
	imshow("background",background);  
  
	namedWindow("logo");  
	imshow("logo",logo);  
	
	Mat imageROI_1;
	//ROI图像与原始图像共享数据
	imageROI_1=background(Rect(200,10,logo.cols,logo.rows));

	namedWindow("imageROI_1");
	imshow("imageROI_1",imageROI_1);//显示ROI

	logo.copyTo(imageROI_1);//覆盖logo

	namedWindow("合成图1");
	imshow("合成图1",background);

	waitKey();
 
	return 0;
}

得到ROI图与合成图：

关于代码的头文件包含以及using类的运用，建议查看浅墨文章。这里不作阐述这里主要解析一下

imageROI_1=background(Rect(200,10,logo.cols,logo.rows));

以及

logo.copyTo(imageROI_1);

两段代码。

Rect函数是在图片当中选出ROI图像部分（即你感兴趣的部分），输入图片为background。

Rect(200,10,logo.cols,logo.rows);其中200,10为background图片当中的像素坐标，也是你感兴趣部分(这个部分为一个矩形)的最左上角的点的坐标，而后面两个参数分别为感兴趣部分矩形的横向长度（logo.cols即logo的列数）与竖向长度（logo.rows即logo的行数），我们这里想要选取的感兴趣的矩形与我们要嵌入到background中的logo的大小需要一致。

注：我们可以参考上面添出的ROI图可以看到，ROI图就是从background提出的感兴趣部分矩形。但要注意一点，ROI图经过Rect提出过后，并不是单纯的复制数据，ROI图的数据与background中感兴趣部分矩形的数据是共享的，如果你改变ROI图的数据，background中感兴趣部分矩形的数据也会相应改变，这正是我们下一个函数copyTo想要做的。logo.copyTo(imageROI_1);此函数的输入为logo图片，将logo复制到ROI图片当中，background的相应感兴趣的部分也会相应的改变（正如上面所说的）,从而达到图片叠加的效果。

注：文章中的东西都是我通俗的理解，语言比较粗糙。将专业的知识转化成为我们通俗的直感，我一直以来觉得很有必要的，望海涵。

方法二：background与logo都不变，只是选取的区域改变了，代码如下：

//---------------------------------------------------------------------------------

// 【程序说明】
//	实现功能：图像叠加
//	重要函数：imread,imshow,namedWindow（可参考浅墨文章）
//			  Rect,Range,copyTo,addWeighted(参考文章分解)
//---------------------------------------------------------------------------------
 
#include<iostream>
#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace cv; 

int main( )
{	
	Mat background= imread("dota2.jpg");  
	Mat logo= imread("logo.jpg");  
   
	//载入后先显示  
	namedWindow("background");  
	imshow("background",background);  
  
	namedWindow("logo");  
	imshow("logo",logo);  
	
	Mat imageROI_2;
	//ROI图像与原始图像共享数据
	imageROI_2=background(Range(250,250+logo.rows),Range(350,350+logo.cols));
	namedWindow("imageROI_2");
	imshow("imageROI_2",imageROI_2);//显示ROI

	<span style="font-size:24px;">addWeighted(imageROI_2,0.5,logo,0.5,0.,imageROI_2);</span>

	namedWindow("合成图2");
	imshow("合成图2",background);

	waitKey();
 
	return 0;
}

先添出合成图效果：

代码和方法一的代码大同小异，只是有两个不同的函数

imageROI_2=background(Range(250,250+logo.rows),Range(350,350+logo.cols));

Range是定义一个范围的数组，从横向和竖向两个方向定义就可以框出一个感兴趣的区域。第一个Range(250,250+logo.rows)定义的是竖向的范围（注意，与Rect定义的顺序不同，Rect是先定义横向），第二个Range(350,350+logo.cols)定义的是横向的范围，以这样的方法也可以选定出自己感兴趣的矩形，很简单。

下面这个函数就是addWeighted，作用是计算两个数组（图像阵列）的加权和：

addWeighted(imageROI_2,0.5,logo,0.5,0.,imageROI_2);

对于这个函数的参数，共有六个(后面用符号代替)：

imageROI_2-----------M1

0.5------------------------a1

logo----------------------M2

0.5------------------------a2

0.--------------------------a3

imageROI_2------------M3

这个函数即经过的如下运算：

M3=M1*a1+M2*a2+a3

其中M3为这个函数的输出,M1，M2为Mat类型的数组或是图像阵列，这里M1为ROI图，M2为logo图，a1为ROI图的加权系数，a2为M2的加权系数，a3是一个直流分量，可取0（0.就是0）。

所以你可以看到第二个方法中，嵌入的logo有一定的透明性，是因为logo的加权系数a2没有取到1，如果把a2取到1，a1取0，效果就和方法一copyTo相同了。

想看关于addWeighted更专业的分解，可参考浅墨入门教程四

把两种方法合在一幅图上做做对比：

背景透明化

如果我们嵌入的logo图不想要它的背景，比如我们的dota2的logo图片，我们不想要它的白色背景，只要前面的标记，刀塔的字样，那我们需要将logo图片进行预处理，将你不想要的部分全部涂成黑色，便可利用copyTo函数进行透明化处理，我在网上重新下载了logo和background，先贴出来：

代码如下：

//---------------------------------------------------------------------------------
// 【程序说明】
//	实现功能：图像叠加
//	重要函数：imread,imshow,namedWindow（可参考浅墨文章）
//			  Rect,Range,copyTo,addWeighted(参考文章分解)
//---------------------------------------------------------------------------------
 
#include<iostream>
#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace cv; 

int main( )
{	
	Mat background= imread("pic.jpg");  
	Mat logo= imread("alpha.png");  
        Mat mask=imread("alpha.png",1);
	//载入后先显示  
	namedWindow("background");  
	imshow("background",background);  
  
	namedWindow("logo");  
	imshow("logo",logo);  
	
	Mat imageROI_4;
	//ROI图像与原始图像共享数据
	imageROI_4=background(Rect(40,10,logo.cols,logo.rows));

	namedWindow("imageROI_4");
	imshow("imageROI_4",imageROI_4);//显示ROI

	logo.copyTo(imageROI_4,mask);//覆盖logo

	namedWindow("合成图4");
	imshow("合成图4",background);

	waitKey();
 
	return 0;
}

这个与上面方法一的代码基本一样，但是有两个不同。

多定义了一个mask：

Mat mask=imread("alpha.png",1);

这个mask被称为掩码，是一个标准，后面的参数1在这里有没有都没关系，都是输出原图像，如果你把参数改为0，输出的是这个图像的灰度图。原图与灰度图都可以作为掩码，我这里使用原图作为掩码效果较好，读者可以使用灰度图作为掩码试试。

贴出最后的合成效果图：

另一个不同就是copyTo函数这里

logo.copyTo(imageROI_4,mask);

对掩码mask进行了一个使用，这里将logo复制到ROI图当中的时候，首先对mask进行一个判断。mask当中灰度值为0的区域，相对应的ROI当中的区域就不变化，维持原样；当mask当中灰度值不为0的区域,相对应的ROI当中的区域就把logo复制上去。

之所以我们要把我们logo背景全部涂成黑色，就是为了当logo作为mask进行判断时，我们的背景区域不需要，就把它搞成0（黑色），就不会进行操作，维持ROI的原样，而其他的部分，我们用logo复制到ROI中，相应的background就会发生变化（数据共享嘛，前面说过了的）。

以上就是这个第一阶段的OpenCV的学习，先到这里，稍后继续添加内容，以及用MATLAB进行有关实现。