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11、【opencv入门】ROI区域 mask掩码图像叠加&初级图像混合

一、设定感兴趣的区域---ROI（region of interest）

　　在图像处理领域，我们常常需要设置感兴趣区域(ROI，region of interest)，来专注或者简化我们的工作过程。也就是从图像中选择的一个图像区域，这个区域是我们图像分析所关注的重点。我们圈定这个区域，以便进行进一步处理。而且，使用ROI指定我们想读入的目标，可以减少处理时间，增加精度，给图像处理来带不小的便利。

ROI区域定义的两种方法

　　定义ROI区域有两种方法，第一种是使用cv:Rect.顾名思义，cv::Rect表示一个矩形区域。指定矩形的左上角坐标（构造函数的前两个参数）和矩形的长宽（构造函数的后两个参数）就可以定义一个矩形区域。

1 //定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
2 Mat imageROI;
3 //方法一
4 imageROI=image(Rect(500,250,logo.cols,logo.rows));

　　另一种定义ROI的方式是指定感兴趣行或列的范围（Range）。Range是指从起始索引到终止索引（不包括终止索引）的一连段连续序列。

　　cv::Range可以用来定义Range。如果使用cv::Range来定义ROI，那么前例中定义ROI的代码可以重写为：

1 //方法二
2 imageROI=srcImage3(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));

二、mask掩码

1     mask(掩码或者掩膜)：是一个8位单通道图像（灰度图像/二值图像）
2     掩码某个位置如果为0，则在此位置上的操作不起作用
3     掩码某个位置如果不为0，则在此位置上的操作会起作用。
4     可以用来提取不规则ROI

　　在下面的示例中，我们通过一个图像掩膜（mask），直接将插入处的像素设置为logo图像的像素值，这样效果会很赞很逼真：

 1 //     描述：利用感兴趣区域ROI实现图像叠加
 2 #include<iostream>
 3 #include<opencv2/core/core.hpp>
 4 #include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
 5 
 6 using namespace std;
 7 using namespace cv;//OpenCV中的C++类和函数都是定义在命名空间cv之内的
 8 
 9 int main()
10 {
11     //【1】读入图像
12     Mat srcImage1= imread("poster_dota.jpg");
13     if(!srcImage1.data )
14     {
15         cout << "读取错误！" << endl;
16         return false;
17     }
18 
19     Mat logoImage= imread("poster_dota_logo.jpg");
20     if(!logoImage.data )
21     {
22         cout << "读取错误！" << endl;
23         return false;
24     }
25 
26     //【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域Rect()函数的前两个参数表示左上角的起始坐标，后两个参数表示长方向的长、宽
27     Mat imageROI= srcImage1(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
28 
29     //【3】加载掩模（必须是灰度图）
30     Mat mask= imread("dota_logo.jpg",0);
31 
32     //【4】将掩膜拷贝到ROI
33     logoImage.copyTo(imageROI,mask);
34 
35     //【5】显示结果
36     namedWindow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口");
37     imshow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口",srcImage1);
38 
39     waitKey(0);//等待按键触发
40     return true;
41 }

　　首先是载入了两张jpg图片到srcImage1和logoImage中，然后定义了一个Mat类型的imageROI，并使用cv::Rect设置其感兴趣区域为srcImage1中的一块区域，将imageROI和srcImage1关联起来。

　　接着定义了一个Mat类型的的mask并读入dota_logo.jpg，顺势使用Mat:: copyTo把mask中的内容拷贝到imageROI中，于是就得到了最终的效果图，namedWindow和imshow配合使用，显示出最终的结果。

这里白色的dota2 logo，就是通过操作之后加上去的图像。

三、初级图像混合 --- 线性混合

　　线性混合操作是一种典型的二元（两个输入）的像素操作，它的理论公式是这样的：

　　我们通过在范围0到1之间改变alpha值，来对两幅图像（f0（x）和f1（x））或两段视频（同样为（f0（x）和f1（x））产生时间上的画面叠化（cross-dissolve）效果，就像幻灯片放映和电影制作中的那样。

实现方面，我们主要运用了OpenCV中addWeighted函数。

addWeighted函数

这个函数的作用是，计算两个数组（图像阵列）的加权和。原型如下：

1 void addWeighted(InputArray src1, double alpha, InputArray src2, double beta, double gamma, OutputArray dst, int dtype=-1);

1     第一个参数，InputArray类型的src1，表示需要加权的第一个数组，常常填一个Mat。
2     第二个参数，alpha，表示第一个数组的权重
3     第三个参数，src2，表示第二个数组，它需要和第一个数组拥有相同的尺寸和通道数。
4     第四个参数，beta，表示第二个数组的权重值。
5     第五个参数，gamma，一个加到权重总和上的标量值。看下面的式子自然会理解。
6     第六个参数，dst，输出的数组，它和输入的两个数组拥有相同的尺寸和通道数。
7     第七个参数，dtype，输出阵列的可选深度，有默认值-1。;当两个输入数组具有相同的深度时，这个参数设置为-1（默认值），即等同于src1.depth（）。

　　如果用数学公式来表达，addWeighted函数计算如下两个数组（src1和src2）的加权和，得到结果输出给第四个参数。即addWeighted函数的作用可以被表示为为如下的矩阵表达式为：

 dst = src1[I]*alpha+ src2[I]*beta + gamma;

　　其中的I，是多维数组元素的索引值。而且，在遇到多通道数组的时候，每个通道都需要独立地进行处理。另外需要注意的是，当输出数组的深度为CV_32S时，这个函数就不适用了，这时候就会内存溢出或者算出的结果压根不对。

【示例】

 1 //初级图像混合 --- 线性混合
 2 #include<iostream>
 3 #include<opencv2/core/core.hpp>
 4 #include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
 5 
 6 using namespace std;
 7 using namespace cv;//OpenCV中的C++类和函数都是定义在命名空间cv之内的
 8 
 9 int main()
10 {
11     double alphaValue = 0.5;
12     double betaValue;
13 
14     Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
15 
16     //读取图像
17     srcImage2 = imread("1.jpg");
18     if(!srcImage2.data)
19     {
20         cout << "读取错误！" << endl;
21         return false;
22     }
23     srcImage3 = imread("2.jpg");
24     if(!srcImage3.data)
25     {
26         cout << "读取错误！" << endl;
27         return false;
28     }
29 
30     //图像混合加权操作
31     betaValue = (1.0 - alphaValue);
32     addWeighted(srcImage2, alphaValue, srcImage3, betaValue, 0.0, dstImage);
33 
34     //创建窗口并显示原图
35     namedWindow("线性混合示例窗口【原图】", 1);
36     imshow("线性混合示例窗口【原图】",srcImage2);
37 
38     //创建窗口并显示混合后的图像
39     namedWindow("线性混合示例窗口【效果图】", 1);
40     imshow("线性混合示例窗口【效果图】", dstImage);
41 
42     waitKey(0);//等待按键输入
43     return true;
44 }

四、综合示例

　　在前面分别介绍的设定感兴趣区域ROI和使用addWeighted函数进行图像线性混合的基础上，我们还将他们两者中和起来使用，也就是先指定ROI，并用addWeighted函数对我们指定的ROI区域的图像进行混合操作。