• 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 = 0double 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  ", max_dist );
        printf("-- Min dist : %f  ", 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   ", 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 = 0double 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  ", max_dist );
        printf("-- Min dist : %f  ", 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   ", 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(02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[1+ offset, scene_corners[2+ offset, Scalar( 02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[2+ offset, scene_corners[3+ offset, Scalar( 02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[3+ offset, scene_corners[0+ offset, Scalar( 02550), 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;
        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);
        //-- 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 = 0double 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  ",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(02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[1+ offset, scene_corners[2+ offset, Scalar( 02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[2+ offset, scene_corners[3+ offset, Scalar( 02550), 4 );
        line( img_matches, scene_corners[3+ offset, scene_corners[0+ offset, Scalar( 02550), 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 = 0double 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 = 0double 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 = 0double 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】
     
     
     





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