OpenCV图像金字塔

目标

在本教程中，您将学习如何：

• 使用OpenCV函数cv :: pyrUp和cv :: pyrDown对给定图像进行下采样或上采样。

理论

注意

下面的解释属于Bradski和Kaehler 的“ 学习OpenCV ”一书。

• 通常我们需要将图像转换成与原始图像不同的大小。为此，有两个可能的选择：升高图像（放大）或缩小（缩小）。
• 虽然有一个几何变换中的OpenCV函数-literally-调整图像大小（CV ::调整大小，我们将在以后的教程显示），在该部分中，我们分析第一使用图像金字塔，这是在广泛应用的视觉范围广泛的应用。

图像金字塔

• 图像金字塔是由单个原始图像产生的图像的集合，它们被连续下采样，直到达到一些所需的停止点。
• 有两种常见的图像金字塔：高斯金字塔：用于缩减图像拉普拉斯金字塔：用于从金字塔中较低的图像重建上采样图像（分辨率较低）
• 在本教程中，我们将使用高斯金字塔。

高斯金字塔

• 想象一下金字塔是一组层，层数越高，尺寸越小。

• 每个层从底部到顶部编号，因此层(i+1)（表示为Gi+1）小于层i（Gi）。
• 为了在高斯金字塔中产生层(i+1)，我们做如下：

将Gi与高斯内核进行卷积：

删除每个偶数行和列。

• 您可以轻松注意到，所得到的图像将是其前身的四分之一。在输入图像（原始图像）上迭代该过程产生整个金字塔。G0
• 上面的过程对于缩小图像是有用的。如果我们想使它更大，怎么办？：填充零的列（）0

1. 首先，将图像大小增加到每个维度的两倍，即新的偶数行和
   
2. 用与上述相同的内核（乘以4）执行卷积近似“丢失像素”的值
   

• 这两个过程（如上所述的下采样和上采样）由OpenCV函数cv :: pyrUp和cv :: pyrDown实现，我们将在下面的代码示例中看到：

注意

当我们减小图像的大小时，我们实际上丢失了图像的信息。

Code

本教程代码如下所示。您也可以从这里下载

#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"
using namespace cv;
Mat src, dst, tmp;
const char* window_name = "Pyramids Demo";
int main( void )
{
  printf( "\n Zoom In-Out demo  \n " );
  printf( "------------------ \n" );
  printf( " * [u] -> Zoom in  \n" );
  printf( " * [d] -> Zoom out \n" );
  printf( " * [ESC] -> Close program \n \n" );
  src = imread( "../data/chicky_512.png" ); // Loads the test image
  if( src.empty() )
    { printf(" No data! -- Exiting the program \n");
      return -1; }
  tmp = src;
  dst = tmp;
  imshow( window_name, dst );
  for(;;)
  {
    char c = (char)waitKey(0);
    if( c == 27 )
      { break; }
    if( c == 'u' )
      { pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) );
        printf( "** Zoom In: Image x 2 \n" );
      }
    else if( c == 'd' )
      { pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) );
        printf( "** Zoom Out: Image / 2 \n" );
      }
    imshow( window_name, dst );
    tmp = dst;
   }
   return 0;
}

说明

我们来看一下程序的一般结构：

• 加载图像（在这种情况下，它在程序中定义，用户不必将其作为参数输入）

  src = imread( "../data/chicky_512.png" ); // Loads the test image
  if( src.empty() )
    { printf(" No data! -- Exiting the program \n");
      return -1; }

• 创建一个Mat对象以存储操作的结果（dst），另一个用于保存时间结果（tmp）。
  

Mat src，dst，tmp;
/ * ... * /
tmp = src;
dst = tmp;

• 创建一个窗口来显示结果
  

  imshow（window_name，dst）;

执行无限循环等待用户输入。

  for(;;)
  {
    char c = (char)waitKey(0);
    if( c == 27 )
      { break; }
    if( c == 'u' )
      { pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) );
        printf( "** Zoom In: Image x 2 \n" );
      }
    else if( c == 'd' )
      { pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) );
        printf( "** Zoom Out: Image / 2 \n" );
      }
    imshow( window_name, dst );
    tmp = dst;
   }

如果用户按ESC键退出我们的程序。此外，它有两个选择：

• 执行上采样（按'u'）

      if( c == 'u' )
        { pyrUp( tmp, dst, Size( tmp.cols*2, tmp.rows*2 ) );
          printf( "** Zoom In: Image x 2 \n" );
        }

• 我们使用函数cv :: pyrUp与三个参数：
• • tmp：当前图像，它是用src原始图像初始化的。
  • dst：目标图像（要显示在屏幕上，据说是输入图像的两倍）
  • *大小（tmp.cols * 2，tmp.rows * 2）*：目的地大小。由于我们是上采样，cv :: pyrUp的大小要比输入图像大一倍（在这种情况下是tmp）。
• 执行下采样（按'd'后）

      else if( c == 'd' )
        { pyrDown( tmp, dst, Size( tmp.cols/2, tmp.rows/2 ) );
          printf( "** Zoom Out: Image / 2 \n" );
        }

• 类似于cv :: pyrUp，我们使用三个参数的函数cv :: pyrDown：
• • tmp：当前图像，它是用src原始图像初始化的。
  • dst：目标图像（要显示在屏幕上，据说是输入图像的一半）
  • 大小（tmp.cols / 2，tmp.rows / 2）：目的地大小。由于我们是上采样，cv :: pyrDown预期输入图像的大小（在这种情况下为tmp）的一半。
• 请注意，输入图像的重要性可以除以二分之一（两个维度）。否则，将显示错误。
• 最后，我们使用显示的当前图像更新输入图像tmp，因此执行后续操作。

    tmp = dst;

结果

• 在编译上面的代码之后，我们可以测试一下。该程序调用图像chicky_512.jpg自带的样品/数据文件夹中。请注意，此图像为512 × 512，因此下采样不会产生任何错误（512 = 29）。原始图像如下所示：

• 首先我们通过按“d” 应用两个连续的cv :: pyrDown操作。我们的产出是：
  

• 请注意，由于我们正在减少图像的大小，我们应该已经失去了一些解决方案。这是很明显的，我们应用cv :: pyrUp两次（通过按'u'）。我们的产品现在是：