OpenCV学习(20) grabcut分割算法

      在OpenCV中，实现了grabcut分割算法，该算法可以方便的分割出前景图像，操作简单，而且分割的效果很好。算法的原理参见papaer：“GrabCut” — Interactive Foreground Extraction using Iterated Graph Cuts

比如下面的一副图，我们只要选定一个四边形框，把框中的图像作为grabcut的一个输入参数，表示该框中的像素可能属于前景，但框外的部分一定属于背景。

然后调用grabcut函数，就可以分割出城堡来。具体代码如下：

// 打开另一幅图像
cv::Mat image= cv::imread("../tower.jpg");
if (!image.data)
    {
    cout<<"不能打开图像！"<<endl;
    return 0; 
    }

// 矩形外的像素是背景 
cv::Rect rectangle(50,70,image.cols-150,image.rows-180);

cv::Mat result;
//两个临时矩阵变量，作为算法的中间变量使用，不用care
cv::Mat bgModel,fgModel; 
double tt = cv::getTickCount();
// GrabCut 分段
cv::grabCut(image,    //输入图像
    result,   //分段结果
    rectangle,// 包含前景的矩形 
    bgModel,fgModel, // 前景、背景
    1,        // 迭代次数
    cv::GC_INIT_WITH_RECT); // 用矩形
tt = cv::getTickCount() - tt;
printf("算法执行执行时间:%g ms
", tt/cv::getTickFrequency()*1000);
// 得到可能是前景的像素
//比较函数保留值为GC_PR_FGD的像素
cv::compare(result,cv::GC_PR_FGD,result,cv::CMP_EQ);
// 产生输出图像
cv::Mat foreground(image.size(),CV_8UC3,cv::Scalar(255,255,255));
//背景值为 GC_BGD=0，作为掩码
image.copyTo(foreground,result); 

grabCut函数的第一个参数为我们要处理的图像，本程序中就是image，图像的类型必须为：CV_8UC3

第二个参数是mask图像，它的大小和image一样，但是它的格式为CV_8UC1，只能是单通道的，grabcut算法的结果就保存在该图像中。

前面的代码中，我们并没有对mask图像(result)进行初始化设置，因为第6个参数为cv::GC_INIT_WITH_RECT，它表示算法会根据rectangle的范围，来生成一个初始化的mask图像。

cv::grabCut(image,    //输入图像
    result,   //分段结果
    rectangle, // 包含前景的矩形
    bgModel,fgModel, // 前景、背景
    1,        // 迭代次数
    cv::GC_INIT_WITH_RECT); // 用矩形

mask图像的值只能为下面下面4个值(PR，probably表示可能的)：

GC_BGD    = 0,  //背景

GC_FGD    = 1,  //前景
GC_PR_BGD = 2,  //可能背景

GC_PR_FGD = 3   //可能前景

根据rectangle生成的mask图像规则为：四边形外面的部分一定是背景，所以在mask图中对应的像素值为GC_BGD，而四边形内部的的值可能为前景，所以对应的像素值为GC_PR_FGD。所以我们程序中使用mask图像应该如下图所示。

如果第7个参数为GC_INIT_WITH_MASK，这时第三个参数rectangle没有使用，我们必须在调用grabcut函数之前，手工设置mask图像(变量result)，如果我们把result设置成上图所示的灰度图。那个调用函数

cv::grabCut(image1,    //输入图像
    result1,   //分段结果
    rectangle, // 包含前景的矩形
    bgModel,fgModel, // 前景、背景
    1,        // 迭代次数
    cv::GC_INIT_WITH_MASK); // 用矩形

可以得到同样的结果。
可以参考下面的代码：

cv::Mat result1= cv::Mat(image1.rows, image1.cols,CV_8UC1, cv::Scalar(cv::GC_BGD));
//注意给子矩阵赋值的方法
cv::Mat roi(result1, cv::Rect(50,70,result1.cols-150,result.rows-180));
roi = cv::Scalar(cv::GC_PR_FGD);
tt = cv::getTickCount();
// GrabCut 分段
cv::grabCut(image1,    //输入图像
    result1,   //分段结果
    rectangle,// 包含前景的矩形 
    bgModel,fgModel, // 前景、背景
    1,        // 迭代次数
    cv::GC_INIT_WITH_MASK); // 用矩形
tt = cv::getTickCount() - tt;
printf("算法执行执行时间:%g ms
", tt/cv::getTickFrequency()*1000);

// 得到可能是前景的像素
//比较函数保留值为GC_PR_FGD的像素
cv::compare(result1,cv::GC_PR_FGD,result,cv::CMP_EQ);
// 产生输出图像
cv::Mat foreground1(image1.size(),CV_8UC3,cv::Scalar(255,255,255));
//背景值为 GC_BGD=0，作为掩码
image.copyTo(foreground1,result1); 

第3个参数是rectangle的大小位置，如果第7个参数为GC_INIT_WITH_MASK，则该参数没有作用。

第4，5个参数是两个算法在执行过程中使用临时矩阵变量，不用care它们的内容。

第6个参数是迭代次数，迭代越多，效果越好，但划时间也越长。

第7个参数是操作模式，通常情况下为GC_INIT_WITH_RECT和GC_INIT_WITH_MASK。

从上面的图中，我们可以看到，grabcut算法的效果很好，但是花的时间也很长，上面图像在我的笔记本上需要4.4秒。

程序源代码：工程FirstOpenCV13