OpenCV学习—01:矩阵的掩膜操作

一. 获取图像的像素指针

CV_Assert(srcImg.depth() == CV_8U);

Mat.ptr<uchar>(int i = 0);     // 获取像素矩阵的指针,索引i表示第几行,从0开始计数

获取当前行指针:  const uchar* current = srcImg.ptr<uchar>(row);

获取当前像素点P(row, col) 的像素值 :p(row, col) = current[col];

像素范围处理函数: saturate_cast<uchar>

  1. saturate_cast<uchar>(-100)      // 返回0
  2. saturate_cast<uchar>(300)      // 返回255
  3. saturate_cast<uchar>(100)      // 返回100

这个函数的功能就是确保图像的RGB值范围在0~255之间。

二. 掩膜操作解释

所谓掩膜其实就是一个矩阵,然后根据这个矩阵重新计算图片中像素的值。

掩膜主要有以下用途:

提取感兴趣区,用预先制作的感兴趣区掩模与待处理图像相乘,得到感兴趣区图像,感兴趣区内图像值保持不变,而区外图像值都为0。

屏蔽作用,用掩模对图像上某些区域作屏蔽,使其不参加处理或不参加处理参数的计算,或仅对屏蔽区作处理或统计。

  结构特征提取,用相似性变量或图像匹配方法检测和提取图像中与掩模相似的结构特征。

特殊形状图像的制作。

0-10
-15-1
0-10

掩膜操作公式:
                                 I(i,j)=5∗I(i,j)−[I(i−1,j)+I(i+1,j)+I(i,j−1)+I(i,j+1)]I(i,j)=5∗I(i,j)−[I(i−1,j)+I(i+1,j)+I(i,j−1)+I(i,j+1)]

三.代码演示

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <math.h>

using namespace std;
using namespace cv;

int main()
{
	Mat srcImg, dstImg;
		srcImg = imread("test.jpg");

	if (!srcImg.data)
	{
		cout << "could not load image..." << endl;
		return -1;
	}

	namedWindow("Input image", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow("Input image", srcImg);
		
	//【1】记录程序开始点timeStart
	double timeStart = (double)getTickCount();//计算时间语句


	//方法1:进行矩阵的掩膜操作
	//*******************************************************************************************************************************************************//
	//1).empty() 判断文件读取是否正确
	//2).rows 获取图像行数(高度)
	//3).cols 获取图像列数(长度)
	//4).channels() 获取图像通道数
	//5).depth() 获取图像位深度
	int cols = (srcImg.cols - 1) * srcImg.channels(); //获取图像的列数,一定不要忘记图像的通道数
	int offsetx = srcImg.channels();//图像的通道数 3 
	int rows = srcImg.rows;//220

	dstImg = Mat::zeros(srcImg.size(), srcImg.type());//返回指定的大小和类型的数组, 创建一个跟src一样大小、类型的图像矩阵

	for (int row = 1; row < (rows - 1); row++)
	{
		//Mat.ptr<uchar>(int i=0) 获取像素矩阵的指针,索引i表示第几行,从0开始计行数。
		//获得当前行指针const uchar*  current= myImage.ptr<uchar>(row );
		//获取当前像素点P(row, col)的像素值 p(row, col) =current[col]
		//Mat.ptr<uchar>(row):获取第row行的图像像素指针。图像的行数从0开始计数
		//获取点P(row, col)的像素值:P(row.col) = Mat.ptr<uchar>(row)[col]
		const uchar *previous = srcImg.ptr<uchar>(row - 1);// 获取上一行指针
		const uchar *current = srcImg.ptr<uchar>(row);     // 获取当前行的指针
		const uchar *next = srcImg.ptr<uchar>(row + 1);    // 获取下一行的指针
		 
		uchar *output = dstImg.ptr<uchar>(row);// 目标对象像素

		for (int col = offsetx; col < cols; col++)
		{
			//像素范围处理saturate_cast<uchar>
			// 1. current[col-offsetx]是当前的像素点的左边那个像素点的位置,因为一个像素点有三个通道
			// 2. current[col+offsetx]是当前的像素点的右边那个像素点的位置,因为一个像素点有三个通道
			// 3. previous[col]表示当前像素点对应的上一行的那个像素点
			// 4. next[col]表示当前像素点对应的下一行的那个像素点
			output[col] = saturate_cast<uchar>(5 * current[col] - (current[col - offsetx] + current[col + offsetx] + previous[col] + next[col]));
		}
	}
	//*******************************************************************************************************************************************************//

	
	//方法2:OpenCV提高了函数filter2D来实现掩膜操作:
	/********************************************************************************
	Mat kernel = (Mat_<char>(3, 3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0);//定义掩膜
	//调用filter2D
	filter2D(src, dst, src.depth(), kernel);
	********************************************************************************/

	double timeconsume = ((double)getTickCount() - timeStart) / getTickFrequency();
	cout << "运行上面程序共耗时: " << timeconsume << endl;

	//输出 掩膜操作后的图像
	namedWindow("contrast image", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow("contrast image", dstImg);
	imwrite("contrastImg.jpg", dstImg);

	waitKey(1000);
	//getchar();
	return 0;
}

没有使用saturate_cast<uchar>函数的效果图:

我们可以看见掩膜操作后的图像对比度明显提高了,但是美中不足的是出现了一些不好的小斑点。这是因为这项像素点的值的范围不在0~255之间了

使用saturate_cast<uchar>函数的效果图: 

 

而OpenCV使用函数filter2D来实现掩膜操作:

Mat kernel = (Mat_<char>(3, 3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0);//定义掩膜
//调用filter2D
filter2D(srcImg, dstImg, srcImg.depth(), kernel);

  Opencv的掩膜函数filter2D,非常简洁明了,易操作!!!

<think>好的,我现在要帮用户解决在C++中使用OpenCV设置掩膜矩阵的问题。用户可能已经看过一些教程,但需要更具体的指导和示例代码。首先,我需要回忆OpenCV中关于矩阵掩膜操作的相关知识,确保信息的准确性。 矩阵掩膜操作主要涉及使用卷积核(也称为掩膜)对图像进行滤波处理。常见的操作包括锐化、模糊和边缘检测。用户需要知道如何创建掩膜矩阵,并将其应用到图像上。根据引用[1]和[2],关键函数是filter2D,所以必须正确使用这个函数。 首先,我需要确定步骤的清晰性。应该包括读取图像、创建掩膜矩阵、应用filter2D函数,以及显示结果。此外,示例代码需要完整且可运行,所以需要包含必要的头文件和命名空间。 接着,要确保掩膜矩阵的正确性。比如,锐化掩膜通常是一个3x3的矩阵,中心值较大,周围为负值,这样能增强边缘。代码中需要展示如何用Mat::ones创建矩阵,然后调整数值。可能还需要归一化处理,但根据情况而定。 用户可能对深拷贝和浅拷贝有疑问,但根据问题描述,他们主要关注掩膜设置,所以暂时可以不深入讨论Mat对象的使用细节,但引用[2]提到clone()和copyTo(),可能在相关问题中提到。 然后,检查是否需要处理图像类型转换,比如将图像转换为CV_32F类型,但通常filter2D会自动处理。不过,在应用后可能需要转换回8位无符号整数,尤其是当结果有负值时,避免显示问题。例如,使用convertTo函数并取绝对值。 可能的问题点包括:掩膜矩阵的数值设置是否正确,是否进行了归一化,以及如何处理输出图像的类型。需要确保代码示例中这些步骤正确,避免用户运行时出错。 最后,生成的相关问题要围绕用户可能进一步的需求,比如不同掩膜类型、自定义核、归一化的影响,以及性能优化等。这些问题可以帮助用户扩展知识,并参考提供的引用资料。 总结步骤: 1. 引入头文件和命名空间。 2. 读取图像,检查是否成功。 3. 创建掩膜矩阵,例如锐化核。 4. 应用filter2D函数进行处理。 5. 处理输出类型(如转换到CV_8U)。 6. 显示和保存结果。 7. 添加相关问题,引导深入学习。 需要验证示例代码的正确性,比如是否正确应用了掩膜,是否有内存泄漏,以及是否处理了可能的异常情况,如图像读取失败。另外,代码注释要清晰,解释每一步的作用,方便用户理解。</think>### 如何在C++中使用OpenCV设置掩膜矩阵 #### 1. 基本概念 矩阵掩膜(卷积核)是图像处理中用于实现滤波操作矩阵,通过将核与图像进行卷积运算,可实现锐化、模糊、边缘检测等效果。OpenCV 的 `filter2D` 函数是核心工具,其原理为加权求和像素邻域值[^1][^2]。 #### 2. 实现步骤 **步骤1:读取图像** ```cpp #include <opencv2/opencv.hpp> using namespace cv; int main() { Mat src = imread("input.jpg", IMREAD_COLOR); // 读取图像 if (src.empty()) { printf("图像读取失败"); return -1; } ``` **步骤2:定义掩膜矩阵** 以下示例定义一个锐化掩膜: $$K = \begin{bmatrix} 0 & -1 & 0 \\ -1 & 5 & -1 \\ 0 & -1 & 0 \end{bmatrix}$$ ```cpp Mat kernel = (Mat_<float>(3,3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0); // 3x3锐化核 ``` **步骤3:应用掩膜操作** ```cpp Mat dst; filter2D(src, dst, -1, kernel); // -1表示输出图像深度与输入相同 ``` **步骤4:处理输出结果** ```cpp // 将浮点结果转换为8位无符号整型(可选) dst.convertTo(dst, CV_8U); imshow("原图", src); imshow("锐化结果", dst); waitKey(0); imwrite("output.jpg", dst); return 0; } ``` #### 3. 关键参数说明 - `filter2D` 参数: - `ddepth`:输出图像深度,设为 `-1` 表示与输入一致 - `anchor`:核锚点位置(默认中心点 `(-1,-1)`) - `delta`:输出像素值的附加偏移量 - 掩膜归一化:若核元素和为1(如均值模糊),需添加 `kernel /= sum(kernel)[i]`。
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