• 基于SURF特征的图像与视频拼接技术的研究和实现(一)


    基于SURF特征的图像与视频拼接技术的研究和实现(一)
         一直有计划研究实时图像拼接,但是直到最近拜读西电2013年张亚娟的《基于SURF特征的图像与视频拼接技术的研究和实现》,条理清晰、内容完整、实现的技术具有市场价值。 因此定下决心以这篇论文为基础脉络,结合实际情况,进行“ 基于SURF特征的图像与视频拼接技术的研究和实现 ”。
          一、基于opencv的surf实现
          3.0以后,surf被分到了" opencv_contrib-master "中去,操作起来不习惯,这里仍然选择一直在使用的opencv2.48,其surf的调用方式为:
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
         
        Mat img_1  = imread(  "img_opencv_1.png",  0 );
        Mat img_2  = imread(  "img_opencv_2.png",  0 );
         if(  !img_1.data  ||  !img_2.data )
        { std : :cout <<  " --(!) Error reading images "  << std : :endl;  return  - 1; }
         //-- Step 1: Detect the keypoints using SURF Detector
         int minHessian  =  10000;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Draw keypoints
        Mat img_keypoints_1; Mat img_keypoints_2;
        drawKeypoints( img_1, keypoints_1, img_keypoints_1, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
        drawKeypoints( img_2, keypoints_2, img_keypoints_2, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
         //-- Step 2: Calculate descriptors (feature vectors)
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: Matching descriptor vectors with a brute force matcher
        BFMatcher matcher(NORM_L2);
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //-- Draw matches
        Mat img_matches;
        drawMatches( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2, matches, img_matches );
         //-- Show detected (drawn) keypoints
        imshow( "Keypoints 1", img_keypoints_1 );
        imshow( "Keypoints 2", img_keypoints_2 );
         //-- Show detected matches
        imshow( "Matches", img_matches );
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
    这里采用的是surffeaturedector的方法进行点的寻找,而后采用BFMatcher的方法进行数据比对。但这种方法错误的比较多,提供了FLANN的方法进行比对:
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
         
        Mat img_1  = imread(  "img_opencv_1.png",  0 );
        Mat img_2  = imread(  "img_opencv_2.png",  0 );
         if(  !img_1.data  ||  !img_2.data )
        { std : :cout <<  " --(!) Error reading images "  << std : :endl;  return  - 1; }
         //-- Step 1: Detect the keypoints using SURF Detector
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Draw keypoints
        Mat img_keypoints_1; Mat img_keypoints_2;
        drawKeypoints( img_1, keypoints_1, img_keypoints_1, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
        drawKeypoints( img_2, keypoints_2, img_keypoints_2, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
         //-- Step 2: Calculate descriptors (feature vectors)
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: Matching descriptor vectors using FLANN matcher
        FlannBasedMatcher matcher;
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         //-- Quick calculation of max and min distances between keypoints
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        {  double dist  = matches[i].distance;
         if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
         if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        printf( "-- Max dist : %f \n", max_dist );
        printf( "-- Min dist : %f \n", min_dist );
         //-- Draw only "good" matches (i.e. whose distance is less than 2*min_dist,
         //-- or a small arbitary value ( 0.02 ) in the event that min_dist is very
         //-- small)
         //-- PS.- radiusMatch can also be used here.
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        {  if( matches[i].distance  < = max( 2 *min_dist,  0. 02) )
        { good_matches.push_back( matches[i]); }
        }
         //-- Draw only "good" matches
        Mat img_matches;
        drawMatches( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2,
            good_matches, img_matches, Scalar : :all( - 1), Scalar : :all( - 1),
            vector < char >(), DrawMatchesFlags : :NOT_DRAW_SINGLE_POINTS );
         //-- Show detected matches
        imshow(  "Good Matches", img_matches );
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        { printf(  "-- Good Match [%d] Keypoint 1: %d  -- Keypoint 2: %d  \n", i, good_matches[i].queryIdx, good_matches[i].trainIdx ); }
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
    可以发现,除了错误一例,其他都是正确的。
    继续来做,计算出单应矩阵
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
         
        Mat img_1  = imread(  "img_opencv_1.png",  0 );
        Mat img_2  = imread(  "img_opencv_2.png",  0 );
         if(  !img_1.data  ||  !img_2.data )
        { std : :cout <<  " --(!) Error reading images "  << std : :endl;  return  - 1; }
         //-- Step 1: Detect the keypoints using SURF Detector
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Draw keypoints
        Mat img_keypoints_1; Mat img_keypoints_2;
        drawKeypoints( img_1, keypoints_1, img_keypoints_1, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
        drawKeypoints( img_2, keypoints_2, img_keypoints_2, Scalar : :all( - 1), DrawMatchesFlags : :DEFAULT );
         //-- Step 2: Calculate descriptors (feature vectors)
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: Matching descriptor vectors using FLANN matcher
        FlannBasedMatcher matcher;
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         //-- Quick calculation of max and min distances between keypoints
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        {  double dist  = matches[i].distance;
         if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
         if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        printf( "-- Max dist : %f \n", max_dist );
        printf( "-- Min dist : %f \n", min_dist );
         //-- Draw only "good" matches (i.e. whose distance is less than 2*min_dist,
         //-- or a small arbitary value ( 0.02 ) in the event that min_dist is very
         //-- small)
         //-- PS.- radiusMatch can also be used here.
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        {  if( matches[i].distance  < =  /*max(2*min_dist, 0.02)*/ 3 *min_dist )
        { good_matches.push_back( matches[i]); }
        }
         //-- Draw only "good" matches
        Mat img_matches;
        drawMatches( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2,
            good_matches, img_matches, Scalar : :all( - 1), Scalar : :all( - 1),
            vector < char >(), DrawMatchesFlags : :NOT_DRAW_SINGLE_POINTS );
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std : :vector <Point2f > obj;
        std : :vector <Point2f > scene;
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
            obj.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            scene.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
            printf(  "-- Good Match [%d] Keypoint 1: %d  -- Keypoint 2: %d  \n", i, good_matches[i].queryIdx, good_matches[i].trainIdx ); 
        }
         //直接调用ransac
        Mat H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //-- Get the corners from the image_1 ( the object to be "detected" )
        std : :vector <Point2f > obj_corners( 4);
        obj_corners[ 0]  = Point( 0, 0); obj_corners[ 1]  = Point( img_1.cols,  0 );
        obj_corners[ 2]  = Point( img_1.cols, img_1.rows ); obj_corners[ 3]  = Point(  0, img_1.rows );
        std : :vector <Point2f > scene_corners( 4);
        perspectiveTransform( obj_corners, scene_corners, H);
         //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2 )
        Point2f offset( ( float)img_1.cols,  0);
        line( img_matches, scene_corners[ 0]  + offset, scene_corners[ 1]  + offset, Scalar( 0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 1]  + offset, scene_corners[ 2]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 2]  + offset, scene_corners[ 3]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 3]  + offset, scene_corners[ 0]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
         //-- Show detected matches
        imshow(  "Good Matches & Object detection", img_matches );
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
    简化后和注释后的版本
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
     
    #include "stdafx.h"
    #include <iostream>
    #include "opencv2/core/core.hpp"
    #include "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    #include "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    #include "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using namespace std;
    using namespace cv;
     
    int main( int argc, char** argv )
    {
     
        Mat img_1 = imread( "img_opencv_1.png", 0 );
        Mat img_2 = imread( "img_opencv_2.png", 0 );
        if( !img_1.data || !img_2.data )
        { std::cout<< " --(!) Error reading images " << std::endl; return -1; }
     
        //-- Step 1: 使用SURF识别出特征点
        int minHessian = 400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std::vector<KeyPoint> keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
        //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
        //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher;//BFMatcher为强制匹配
        std::vector< DMatch > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
        //取最大最小距离
        double max_dist = 0; double min_dist = 100;
        for( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ )
        { 
            double dist = matches[i].distance;
            if( dist < min_dist ) min_dist = dist;
            if( dist > max_dist ) max_dist = dist;
        }
        std::vector< DMatch > good_matches;
        for( int i = 0; i < descriptors_1.rows; i++ )
        { 
            if( matches[i].distance <= 3*min_dist )//这里的阈值选择了3倍的min_dist
                { 
                    good_matches.push_back( matches[i]); 
                 }
        }
        //画出"good match"
        Mat img_matches;
        drawMatches( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2,
            good_matches, img_matches, Scalar::all(-1), Scalar::all(-1),
            vector<char>(), DrawMatchesFlags::NOT_DRAW_SINGLE_POINTS );
        //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std::vector<Point2f> obj;
        std::vector<Point2f> scene;
        for( int i = 0; i < (int)good_matches.size(); i++ )
        {    
            obj.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            scene.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
        //直接调用ransac,计算单应矩阵
        Mat H = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
        //-- Get the corners from the image_1 ( the object to be "detected" )
        std::vector<Point2f> obj_corners(4);
        obj_corners[0] = Point(0,0); 
        obj_corners[1] = Point( img_1.cols, 0 );
        obj_corners[2] = Point( img_1.cols, img_1.rows ); 
        obj_corners[3] = Point( 0, img_1.rows );
        std::vector<Point2f> scene_corners(4);
        perspectiveTransform( obj_corners, scene_corners, H);
        //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2 )
        Point2f offset( (float)img_1.cols, 0);
        line( img_matches, scene_corners[0] + offset, scene_corners[1] + offset, Scalar(0, 255, 0), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[1] + offset, scene_corners[2] + offset, Scalar( 0, 255, 0), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[2] + offset, scene_corners[3] + offset, Scalar( 0, 255, 0), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[3] + offset, scene_corners[0] + offset, Scalar( 0, 255, 0), 4 );
        //-- Show detected matches
        imshow( "Good Matches & Object detection", img_matches );
        waitKey(0);
        return 0;
    }
     
     
     
     
    这里有两点需要注意,一个是除了 FlannBasedMatcher 之外,还有一种mathcer叫做BFMatcher,后者为强制匹配.
    此外计算所谓GOODFEATURE的时候,采用了 3*min_dist的方法,我认为这里和论文中指出的“误差阈值设为3”是一致的,如果理解错误请指出,感谢!
    同时测试了航拍图片和连铸图片,航拍图片是自然图片,特征丰富;
    连铸图片由于表面干扰大于原始纹理,无法得到单应矩阵
            最后,添加计算RANSAC内点外点的相关代码,这里以3作为分界线
             // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    //获得两个pointf之间的距离
    float fDistance(Point2f p1,Point2f p2)
    {
         float ftmp  = (p1.x -p2.x) *(p1.x -p2.x)  + (p1.y -p2.y) *(p1.y -p2.y);
        ftmp  = sqrt(( float)ftmp);
         return ftmp;
    }
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
        Mat img_1  = imread(  "img_opencv_1.png",  0 );
        Mat img_2  = imread(  "img_opencv_2.png",  0 );
         添加于连铸图像
         //img_1 = img_1(Rect(20,0,img_1.cols-40,img_1.rows));
         //img_2 = img_2(Rect(20,0,img_1.cols-40,img_1.rows));
      //    cv::Canny(img_1,img_1,100,200);
      //    cv::Canny(img_2,img_2,100,200);
         if(  !img_1.data  ||  !img_2.data )
        { std : :cout <<  " --(!) Error reading images "  << std : :endl;  return  - 1; }
         //-- Step 1: 使用SURF识别出特征点
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher; //BFMatcher为强制匹配
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //取最大最小距离
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             double dist  = matches[i].distance;
             if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
             if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             if( matches[i].distance  < =  3 *min_dist ) //这里的阈值选择了3倍的min_dist
                { 
                    good_matches.push_back( matches[i]); 
                 }
        }
         //画出"good match"
        Mat img_matches;
        drawMatches( img_1, keypoints_1, img_2, keypoints_2,
            good_matches, img_matches, Scalar : :all( - 1), Scalar : :all( - 1),
            vector < char >(), DrawMatchesFlags : :NOT_DRAW_SINGLE_POINTS );
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std : :vector <Point2f > obj;
        std : :vector <Point2f > scene;
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
            obj.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            scene.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
         //直接调用ransac,计算单应矩阵
        Mat H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //-- Get the corners from the image_1 ( the object to be "detected" )
        std : :vector <Point2f > obj_corners( 4);
        obj_corners[ 0]  = Point( 0, 0); 
        obj_corners[ 1]  = Point( img_1.cols,  0 );
        obj_corners[ 2]  = Point( img_1.cols, img_1.rows ); 
        obj_corners[ 3]  = Point(  0, img_1.rows );
        std : :vector <Point2f > scene_corners( 4);
        perspectiveTransform( obj_corners, scene_corners, H);
         //计算内点外点
        std : :vector <Point2f > scene_test(obj.size());
        perspectiveTransform(obj,scene_test,H);
         for ( int i = 0;i <scene_test.size();i ++)
        {
           printf( "%d is %f \n",i + 1,fDistance(scene[i],scene_test[i]));
        }
        
         //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2 )
        Point2f offset( ( float)img_1.cols,  0);
        line( img_matches, scene_corners[ 0]  + offset, scene_corners[ 1]  + offset, Scalar( 0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 1]  + offset, scene_corners[ 2]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 2]  + offset, scene_corners[ 3]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
        line( img_matches, scene_corners[ 3]  + offset, scene_corners[ 0]  + offset, Scalar(  0,  255,  0),  4 );
         //-- Show detected matches
        imshow(  "Good Matches & Object detection", img_matches );
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
            结果显示
           其中,有误差的点就很明显了。
           小结一下,这里实现了使用opencv得到两幅图像之间的单应矩阵的方法。不是所有的图像都能够获得单应矩阵的,必须是两幅本身就有关系的图片才可以;而且最好是自然图像,像生产线上的这种图像,其拼接就需要采用其他方法。
    二、拼接和融合
            由于之前已经计算出了“单应矩阵”,所以这里直接利用这个矩阵就好。需要注意的一点是理清楚“帧”和拼接图像之间的关系。一般来说,我们采用的是“柱面坐标”或平面坐标。书中采用的是若干图像在水平方向上基本上是一字排开,是平面坐标。那么,如果按照文中的“帧到拼接图像”的方法,我们认为图像拼接的顺序就是由左到右,一幅一幅地计算误差,而后进行叠加。
             为了方便说明算法,采用了《学习opencv》中提供的教堂图像
    其结果就是经过surf匹配,而将右边的图像形变成为适合叠加的状态。
    基于此,进行图像对准
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
        
        Mat img_1 ;
        Mat img_2 ;
        Mat img_raw_1  = imread( "c1.bmp");
        Mat img_raw_2  = imread( "c3.bmp");
        cvtColor(img_raw_1,img_1,CV_BGR2GRAY);
        cvtColor(img_raw_2,img_2,CV_BGR2GRAY);
         //-- Step 1: 使用SURF识别出特征点
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher; //BFMatcher为强制匹配
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //取最大最小距离
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             double dist  = matches[i].distance;
             if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
             if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             if( matches[i].distance  < =  3 *min_dist ) //这里的阈值选择了3倍的min_dist
            { 
                good_matches.push_back( matches[i]); 
            }
        }
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std : :vector <Point2f > obj;
        std : :vector <Point2f > scene;
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
             //这里采用“帧向拼接图像中添加的方法”,因此左边的是scene,右边的是obj
            scene.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            obj.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
         //直接调用ransac,计算单应矩阵
        Mat H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //图像对准
        Mat result;
        warpPerspective(img_raw_2,result,H,Size( 2 *img_2.cols,img_2.rows));
        Mat half(result,cv : :Rect( 0, 0,img_2.cols,img_2.rows));
        img_raw_1.copyTo(half);
        imshow( "result",result);
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
    依据论文中提到的3种方法进行融合
    // raw_surf.cpp : 本例是对opencv-2.48相关例子的实现
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
        
        Mat img_1 ;
        Mat img_2 ;
        Mat img_raw_1  = imread( "c1.bmp");
        Mat img_raw_2  = imread( "c3.bmp");
        cvtColor(img_raw_1,img_1,CV_BGR2GRAY);
        cvtColor(img_raw_2,img_2,CV_BGR2GRAY);
         //-- Step 1: 使用SURF识别出特征点
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher; //BFMatcher为强制匹配
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //取最大最小距离
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             double dist  = matches[i].distance;
             if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
             if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             if( matches[i].distance  < =  3 *min_dist ) //这里的阈值选择了3倍的min_dist
            { 
                good_matches.push_back( matches[i]); 
            }
        }
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std : :vector <Point2f > obj;
        std : :vector <Point2f > scene;
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
             //这里采用“帧向拼接图像中添加的方法”,因此左边的是scene,右边的是obj
            scene.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            obj.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
         //直接调用ransac,计算单应矩阵
        Mat H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //图像对准
        Mat result;
        Mat resultback;  //保存的是新帧经过单应矩阵变换以后的图像
        warpPerspective(img_raw_2,result,H,Size( 2 *img_2.cols,img_2.rows));
        result.copyTo(resultback);
        Mat half(result,cv : :Rect( 0, 0,img_2.cols,img_2.rows));
        img_raw_1.copyTo(half);
        imshow( "ajust",result);
         //渐入渐出融合
        Mat result_linerblend  = result.clone();
          double dblend  =  0. 0;
          int ioffset  =img_2.cols - 100;
          for ( int i  =  0;i < 100;i ++)
         {              
             result_linerblend.col(ioffset +i)  = result.col(ioffset +i) *( 1 -dblend)  + resultback.col(ioffset +i) *dblend;
             dblend  = dblend  + 0. 01;
        }
        imshow( "result_linerblend",result_linerblend);
         //最大值法融合
        Mat result_maxvalue  = result.clone();
         for ( int i  =  0;i <img_2.rows;i ++)
        {     
             for ( int j = 0;j < 100;j ++)
            {
                 int iresult = result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 int iresultback  = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 if (iresultback  >iresult)
                {
                    result_maxvalue.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
            }
        }
        imshow( "result_maxvalue",result_maxvalue);
         //带阈值的加权平滑处理
        Mat result_advance  = result.clone();
         for ( int i  =  0;i <img_2.rows;i ++)
        {  
             for ( int j  =  0;j < 33;j ++)
            {   
                 int iimg1 = result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 //int iimg2= resultback.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[0]+ resultback.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[1]+ resultback.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[2];
                 int ilinerblend  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 if (abs(iimg1  - ilinerblend) < 3)
                {
                    result_advance.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
            }
        }
         for ( int i  =  0;i <img_2.rows;i ++)
        {  
             for ( int j  =  33;j < 66;j ++)
            {   
                 int iimg1 = result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 int iimg2 = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 int ilinerblend  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 if (abs(max(iimg1,iimg2)  - ilinerblend) < 3)
                {
                    result_advance.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
                 else  if (iimg2 >iimg1)
                {
                    result_advance.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
            }
        }
         for ( int i  =  0;i <img_2.rows;i ++)
        {  
             for ( int j  =  66;j < 100;j ++)
            {   
                 //int iimg1= result.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[0]+ result.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[1]+ result.at<Vec3b>(i,ioffset+j)[2];
                 int iimg2 = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 int ilinerblend  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 0] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 1] + result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j)[ 2];
                 if (abs(iimg2  - ilinerblend) < 3)
                {
                    result_advance.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = result_linerblend.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
                 else
                {
                    result_advance.at <Vec3b >(i,ioffset +j)  = resultback.at <Vec3b >(i,ioffset +j);
                }
            }
        }
        imshow( "result_advance",result_advance);
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
    目前看来,maxvalue是最好的融合方法,但是和论文中提到的一样,此类图片不能很好地体现融合算法的特点,为此我也拍摄了和论文中类似的图片。发现想拍摄质量较好的图片,还是需要一定的硬件和技巧的。因此,软件和硬件,在使用的过程中应该结合起来。
    此外,使用文中图片,效果如下
    换一组图片,可以发现不同的结果
    相比较而言,还是linerblend能够保持不错的质量,而具体到底采取哪种拼接的方式,必须根据实际情况来选择。
    三、多图连续融合拼接
            前面处理的是2图的例子,至少将这种情况推广到3图,这样才能够得到统一处理的经验。
            连续图像处理,不仅仅是在已经处理好的图像上面再添加一幅图,其中比较关键的一点就是如何来处理已经拼接好的图像。
    那么,m2也就是H.at<char>(0,2)就是水平位移。但是在实际使用中,始终无法正确取得这个值
    Mat outImage  =H.clone();
        uchar * outData =outImage.ptr <uchar >( 0);
         int itemp  = outData[ 2];      //获得偏移
        line(result_linerblend,Point(result_linerblend.cols -itemp, 0),Point(result_linerblend.cols -itemp,img_2.rows),Scalar( 255, 255, 255), 2);
        imshow( "result_linerblend",result_linerblend);
    只好采取编写专门代码的方法进行处理
    //获取已经处理图像的边界
        Mat matmask  = result_linerblend.clone();
         int idaterow0  =  0; int idaterowend  =  0; //标识了最上面和最小面第一个不为0的树,这里采用的是宽度减去的算法
         for( int j =matmask.cols - 1;j > = 0;j --)
        {          
             if (matmask.at <Vec3b >( 0,j)[ 0] > 0)
            {
                idaterow0  = j;
                 break;
            }
        }
          for( int j =matmask.cols - 1;j > = 0;j --)
        {            
             if (matmask.at <Vec3b >(matmask.rows - 1,j)[ 0] > 0)
            {
                idaterowend  = j;
                 break;
            }
        }
        
        line(matmask,Point(min(idaterow0,idaterowend), 0),Point(min(idaterow0,idaterowend),img_2.rows),Scalar( 255, 255, 255), 2);
        imshow( "result_linerblend",matmask);
    效果良好稳定.目前的实现是将白线以左的区域切割下来进行拼接。
    基于此,编写3图拼接,效果如下。目前的图像质量,在差值上面可能还需要增强,下一步处理
    // blend_series.cpp : 多图拼接
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
        Mat img_1 ;
        Mat img_2 ;
        Mat img_raw_1  = imread( "Univ3.jpg");
        Mat img_raw_2  = imread( "Univ2.jpg");
        cvtColor(img_raw_1,img_1,CV_BGR2GRAY);
        cvtColor(img_raw_2,img_2,CV_BGR2GRAY);
         //-- Step 1: 使用SURF识别出特征点
         int minHessian  =  400;
        SurfFeatureDetector detector( minHessian );
        std : :vector <KeyPoint > keypoints_1, keypoints_2;
        detector.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor;
        Mat descriptors_1, descriptors_2;
        extractor.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher; //BFMatcher为强制匹配
        std : :vector < DMatch  > matches;
        matcher.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //取最大最小距离
         double max_dist  =  0;  double min_dist  =  100;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             double dist  = matches[i].distance;
             if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
             if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        std : :vector < DMatch  > good_matches;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             if( matches[i].distance  < =  3 *min_dist ) //这里的阈值选择了3倍的min_dist
            { 
                good_matches.push_back( matches[i]); 
            }
        }
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        std : :vector <Point2f > obj;
        std : :vector <Point2f > scene;
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
             //这里采用“帧向拼接图像中添加的方法”,因此左边的是scene,右边的是obj
            scene.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            obj.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
         //直接调用ransac,计算单应矩阵
        Mat H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //图像对准
        Mat result;
        Mat resultback;  //保存的是新帧经过单应矩阵变换以后的图像
        warpPerspective(img_raw_2,result,H,Size( 2 *img_2.cols,img_2.rows));
        result.copyTo(resultback);
        Mat half(result,cv : :Rect( 0, 0,img_2.cols,img_2.rows));
        img_raw_1.copyTo(half);
         //imshow("ajust",result);
         //渐入渐出融合
        Mat result_linerblend  = result.clone();
         double dblend  =  0. 0;
         int ioffset  =img_2.cols - 100;
         for ( int i  =  0;i < 100;i ++)
        {              
            result_linerblend.col(ioffset +i)  = result.col(ioffset +i) *( 1 -dblend)  + resultback.col(ioffset +i) *dblend;
            dblend  = dblend  + 0. 01;
        }
         //获取已经处理图像的边界
        Mat matmask  = result_linerblend.clone();
         int idaterow0  =  0; int idaterowend  =  0; //标识了最上面和最小面第一个不为0的树,这里采用的是宽度减去的算法
         for( int j =matmask.cols - 1;j > = 0;j --)
        {          
             if (matmask.at <Vec3b >( 0,j)[ 0] > 0)
            {
                idaterow0  = j;
                 break;
            }
        }
          for( int j =matmask.cols - 1;j > = 0;j --)
        {            
             if (matmask.at <Vec3b >(matmask.rows - 1,j)[ 0] > 0)
            {
                idaterowend  = j;
                 break;
            }
        }
        
        line(matmask,Point(min(idaterow0,idaterowend), 0),Point(min(idaterow0,idaterowend),img_2.rows),Scalar( 255, 255, 255), 2);
        imshow( "result_linerblend",matmask);
         /---------------对结果图像继续处理---------------------------------/
        img_raw_1  = result_linerblend(Rect( 0, 0,min(idaterow0,idaterowend),img_2.rows));
        img_raw_2  = imread( "Univ1.jpg");
        cvtColor(img_raw_1,img_1,CV_BGR2GRAY);
        cvtColor(img_raw_2,img_2,CV_BGR2GRAY);
         -- Step 1: 使用SURF识别出特征点
         //
        SurfFeatureDetector detector2( minHessian );
        keypoints_1.clear();
        keypoints_2.clear();
        detector2.detect( img_1, keypoints_1 );
        detector2.detect( img_2, keypoints_2 );
         //-- Step 2: 描述SURF特征
        SurfDescriptorExtractor extractor2;
        extractor2.compute( img_1, keypoints_1, descriptors_1 );
        extractor2.compute( img_2, keypoints_2, descriptors_2 );
         //-- Step 3: 匹配
        FlannBasedMatcher matcher2; //BFMatcher为强制匹配
        matcher2.match( descriptors_1, descriptors_2, matches );
         //取最大最小距离
         max_dist  =  0;  min_dist  =  100;
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             double dist  = matches[i].distance;
             if( dist  < min_dist ) min_dist  = dist;
             if( dist  > max_dist ) max_dist  = dist;
        }
        good_matches.clear();
         forint i  =  0; i  < descriptors_1.rows; i ++ )
        { 
             if( matches[i].distance  < =  3 *min_dist ) //这里的阈值选择了3倍的min_dist
            { 
                good_matches.push_back( matches[i]); 
            }
        }
         //-- Localize the object from img_1 in img_2
        obj.clear();
        scene.clear();
         forint i  =  0; i  < ( int)good_matches.size(); i ++ )
        {    
             //这里采用“帧向拼接图像中添加的方法”,因此左边的是scene,右边的是obj
            scene.push_back( keypoints_1[ good_matches[i].queryIdx ].pt );
            obj.push_back( keypoints_2[ good_matches[i].trainIdx ].pt );
        }
         //直接调用ransac,计算单应矩阵
         H  = findHomography( obj, scene, CV_RANSAC );
         //图像对准
        warpPerspective(img_raw_2,result,H,Size(img_1.cols +img_2.cols,img_2.rows));
        result.copyTo(resultback);
        Mat half2(result,cv : :Rect( 0, 0,img_1.cols,img_1.rows));
        img_raw_1.copyTo(half2);
        imshow( "ajust",result);
         //渐入渐出融合
        result_linerblend  = result.clone();
         dblend  =  0. 0;
         ioffset  =img_1.cols - 100;
         for ( int i  =  0;i < 100;i ++)
        {              
            result_linerblend.col(ioffset +i)  = result.col(ioffset +i) *( 1 -dblend)  + resultback.col(ioffset +i) *dblend;
            dblend  = dblend  + 0. 01;
        }
        imshow( "result_linerblend",result_linerblend);
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
    复制粘贴,实现5图拼接。这个时候发现,3图往往是一个极限值(这也可能就是为什么opencv里面的例子提供的是3图),当第四图出现的时候,其单应效果非常差
    为什么会出现这种情况,反思后认识到,论文中采用的是平面坐标,也就是所有的图片都是基本位于一个平面上的,这一点特别通过她后面的那个罗技摄像头的部署能够看出来。但是在现实中,更常见的情况是人站在中间,360度地拍摄,这个时候需要采用柱面坐标系,也就是一开始对于图像要进行相关处理,也就是所谓的柱状投影。
    可以得到这样的效果,这个效果是否正确还有待商榷,但是基于此的确可以更进一步地做东西了。
    // column_transoform.cpp : 桶装投影
    //
    # include  "stdafx.h"
    # include  <iostream >
    # include  "opencv2/core/core.hpp"
    # include  "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
    # include  "opencv2/features2d/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/highgui/highgui.hpp"
    # include  "opencv2/nonfree/features2d.hpp"
    # include  "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
    using  namespace std;
    using  namespace cv;
    # define  PI  3. 14159
     
    int main(  int argc,  char * * argv )
    {
        Mat img_1  = imread(  "Univ1.jpg");
        Mat img_result  = img_1.clone();
         for( int i = 0;i <img_result.rows;i ++)
        {         for( int j = 0;j <img_result.cols;j ++)
            {     
                img_result.at <Vec3b >(i,j) = 0;
            }
        }
        
         int W  = img_1.cols;
         int H  = img_1.rows;
         float r  = W /( 2 *tan(PI / 6));
         float k  =  0;
         float fx = 0;
         float fy = 0;
         for( int i = 0;i <img_1.rows;i ++)
        {         for( int j = 0;j <img_1.cols;j ++)
            {     
                k  = sqrt(( float)(r *r +(W / 2 -j) *(W / 2 -j)));
                fx  = r *sin(PI / 6) +r *sin(atan((j  -W / 2 ) /r));
                fy  = H / 2  +r *(i -H / 2) /k;
                 int ix  = ( int)fx;
                 int iy  = ( int)fy;
                 if (ix <W &&ix > = 0 &&iy <H &&iy > = 0)
                {
                    img_result.at <Vec3b >(iy,ix) = img_1.at <Vec3b >(i,j);
                     
                }
                
            }
        }
        
        imshow(  "桶状投影", img_1 );
        imshow( "img_result",img_result);
        waitKey( 0);
         return  0;
    }
     
     
     
    效果依然是不佳,看来在这个地方,不仅仅是做一个桶形变换那么简单,一定有定量的参数在里面,也可能是我的变换写错了。这个下一步研究。
    【未完待续】
     
     
     





  • 相关阅读:
    Linux下安装MySQL数据库(压缩包方式安装)
    使用Gitblit 在windows 上部署你的Git Server
    windows下使用docker的常用命令
    CentOS7安装Docker与使用篇
    linux安装redis
    Linux系统目录
    shiro之授权
    shiro之身份认证
    redis
    迅为4412uboot烧坏了报错问题
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/jsxyhelu/p/16948131.html
Copyright © 2020-2023  润新知