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在这篇文章里，我们一起学习了在OpenCV中如何定义感兴趣区域ROI，如何使用addWeighted函数进行图像混合操作，以及将ROI和addWeighted函数结合起来使用，对指定区域进行图像混合操作。 PS:文章末尾提供了博文配套程序源代码的下载。
文章开头，依旧是先放一张截图：
一、设定感兴趣区域——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。
//定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
Mat imageROI;
//方法一
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：
//方法二
imageROI=srcImage3(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));
好了，下面我们来看一个实例，显示如何利用ROI将一幅图加到另一幅图的指定位置。大家如果需要拷贝如下的函数中的代码直接运行的话，自己建一个基于console的程序，然后把函数体中的内容拷贝到main函数中，然后找两幅大小合适的图片，加入到工程目录下，并和代码中读取的文件名一致即可。 在下面的代码中，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：
//----------------------------------【ROI_AddImage( )函数】----------------------------------
// 函数名：ROI_AddImage（）
// 描述：利用感兴趣区域ROI实现图像叠加
//----------------------------------------------------------------------------------------------
bool ROI_AddImage()
{
//【1】读入图像
Mat srcImage1= imread("dota_pa.jpg");
Mat logoImage= imread("dota_logo.jpg");
if(!srcImage1.data ) { printf("你妹，读取srcImage1错误~！ "); return false; }
if(!logoImage.data ) { printf("你妹，读取logoImage错误~！ "); return false; }
//【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
Mat imageROI= srcImage1(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
//【3】加载掩模（必须是灰度图）
Mat mask= imread("dota_logo.jpg",0);
//【4】将掩膜拷贝到ROI
logoImage.copyTo(imageROI,mask);
//【5】显示结果
namedWindow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口");
imshow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口",srcImage1);
return true;
}
这个函数首先是载入了两张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。
运行结果如下：
这里白色的dota2 logo，就是通过操作之后加上去的图像。
二、初级图像混合——线性混合操作
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：
如果看过我之前写的游戏编程Alpha混合那篇文章的朋友们应该有些熟悉，其实他们是差不多的:
【Visual C++】游戏开发五十五浅墨 DirectX教程二十二水乳交融的美学：alpha混合技术
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。即在幻灯片翻页时设置的前后页缓慢过渡叠加效果，以及电影情节过渡时经常出现的画面叠加效果。 实现方面，我们主要运用了OpenCV中addWeighted函数，我们来全面的了解一下它：
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：
void addWeighted(InputArray src1, double alpha, InputArray src2, double beta, double gamma, OutputArray dst, int dtype=-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。
- 第二个参数，alpha，表示第一个数组的权重
- 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。
- 第四个参数，beta，表示第二个数组的权重值。
- 第五个参数，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。
- 第六个参数，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。
- 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。
理论和函数的讲解就是上面这些，接着我们来看代码实例，以融会贯通。
//---------------------------------【LinearBlending（）函数】-------------------------------------
// 函数名：LinearBlending（）
// 描述：利用cv::addWeighted（）函数实现图像线性混合
//--------------------------------------------------------------------------------------------
bool LinearBlending()
{
//【0】定义一些局部变量
double alphaValue = 0.5;
double betaValue;
Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
//【1】读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
srcImage2= imread("mogu.jpg");
srcImage3= imread("rain.jpg");
if(!srcImage2.data ) { printf("你妹，读取srcImage2错误~！ "); return false; }
if(!srcImage3.data ) { printf("你妹，读取srcImage3错误~！ "); return false; }
//【2】做图像混合加权操作
betaValue= ( 1.0 - alphaValue );
addWeighted(srcImage2, alphaValue, srcImage3, betaValue, 0.0, dstImage);
//【3】创建并显示原图窗口
namedWindow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", 1);
imshow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", srcImage2 );
namedWindow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", 1);
imshow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", dstImage );
return true;
}
代码解析：
<0>首先当然是定义一些局部变量，alpha值beta值，三个Mat类型的变量。
//【0】定义一些局部变量
double alphaValue = 0.5;
double betaValue;
Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
在这里我们设置alpha值为0.5。
<1>读取两幅图像并作错误处理这步很简单，直接上代码：
//读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
srcImage2= imread("mogu.jpg");
srcImage3= imread("rain.jpg");
if(!srcImage2.data ) { printf("你妹，读取srcImage2错误~！ "); return false; }
if(!srcImage3.data ) { printf("你妹，读取srcImage3错误~！ "); return false; }
在这里需要注意的是，因为我们是对 srcImage1和srcImage2求和，所以它们必须要有相同的尺寸（宽度和高度）和类型，不然多余的部分没有对应的“伴”，肯定会出问题。
<2> 进行图像混合加权操作载入图像后，我们就可以来生成混合图像，也就是之前公式中的g(x)。为此目的，使用函数 addWeighted 可以很方便地实现，也就是因为 addWeighted 进行了如下计算：
这里的对应于addWeighted的第2个参数alpha 这里的对应于addWeighted的第4个参数beta 这里的对应于addWeighted的第5个参数，在上面代码中被我们设为0.0。 代码其实很简单，就是这样：
//【2】进行图像混合加权操作
betaValue = ( 1.0 - alphaValue );
addWeighted( srcImage2, alphaValue, srcImage3,betaValue, 0.0, dstImage);
其中beta值为1-alpha，gamma值为0。
<3>创建显示窗口，显示图像。
// 【3】创建并显示原图窗口
namedWindow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", 1);
imshow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", srcImage2 );
namedWindow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", 1);
imshow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", dstImage );
接着来看一下运行效果图，首先是原图：
然后是效果图：
三、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，我们将其封装在了一个名为ROI_LinearBlending的函数中，方便大家分块学习。
//---------------------------------【ROI_LinearBlending（）】-------------------------------------
// 函数名：ROI_LinearBlending（）
// 描述：线性混合实现函数,指定区域线性图像混合.利用cv::addWeighted（）函数结合定义
// 感兴趣区域ROI，实现自定义区域的线性混合
//--------------------------------------------------------------------------------------------
bool ROI_LinearBlending()
{
//【1】读取图像
Mat srcImage4= imread("dota_pa.jpg",1);
Mat logoImage= imread("dota_logo.jpg");
if(!srcImage4.data ) { printf("你妹，读取srcImage4错误~！ "); return false; }
if(!logoImage.data ) { printf("你妹，读取logoImage错误~！ "); return false; }
//【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
Mat imageROI;
//方法一
imageROI=srcImage4(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
//方法二
//imageROI=srcImage4(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));
//【3】将logo加到原图上
addWeighted(imageROI,0.5,logoImage,0.3,0.,imageROI);
//【4】显示结果
namedWindow("<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨");
imshow("<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨",srcImage4);
return true;
}
从这篇文章开始，如果不出意外的话，为了方便大家分块各个击破学习，每讲一个部分，示例代码都将封装在一个函数中，免得大家像学习各种不是特别地道的OpenCV教程时一样，看到代码全放在main函数中，心都碎了。
好了，下面放出详细注释的本篇文章的全部示例源代码：
//-----------------------------------【程序说明】----------------------------------------------
// 程序名称:：【OpenCV入门教程之四】 ROI区域图像叠加&初级图像混合 全剖析 配套源码
// VS2010版 OpenCV版本：2.4.8
// 2014年3月10日 Create by 浅墨
// 图片素材出处：dota2原画 dota2logo
// 浅墨的微博：@浅墨_毛星云
//------------------------------------------------------------------------------------------------
//-----------------------------------【头文件包含部分】---------------------------------------
// 描述：包含程序所依赖的头文件
//----------------------------------------------------------------------------------------------
#include
#include
#include
//-----------------------------------【命名空间声明部分】---------------------------------------
// 描述：包含程序所使用的命名空间
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
using namespace cv;
using namespace std;
//-----------------------------------【全局函数声明部分】--------------------------------------
// 描述：全局函数声明
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
bool ROI_AddImage();
bool LinearBlending();
bool ROI_LinearBlending();
//-----------------------------------【main( )函数】--------------------------------------------
// 描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
int main( )
{
system("color 5E");
if(ROI_AddImage()&& LinearBlending( )&&ROI_LinearBlending( ))
{
cout<<endl<<"嗯。好了，得出了你需要的图像~! :="" )";
}
waitKey(0);
return 0;
}
//----------------------------------【ROI_AddImage( )函数】----------------------------------
// 函数名：ROI_AddImage（）
// 描述：利用感兴趣区域ROI实现图像叠加
//----------------------------------------------------------------------------------------------
bool ROI_AddImage()
{
//【1】读入图像
Mat srcImage1= imread("dota_pa.jpg");
Mat logoImage= imread("dota_logo.jpg");
if(!srcImage1.data ) { printf("你妹，读取srcImage1错误~！ "); return false; }
if(!logoImage.data ) { printf("你妹，读取logoImage错误~！ "); return false; }
//【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
Mat imageROI= srcImage1(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
//【3】加载掩模（必须是灰度图）
Mat mask= imread("dota_logo.jpg",0);
//【4】将掩膜拷贝到ROI
logoImage.copyTo(imageROI,mask);
//【5】显示结果
namedWindow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口");
imshow("<1>利用ROI实现图像叠加示例窗口",srcImage1);
return true;
}
//---------------------------------【LinearBlending（）函数】-------------------------------------
// 函数名：LinearBlending（）
// 描述：利用cv::addWeighted（）函数实现图像线性混合
//--------------------------------------------------------------------------------------------
bool LinearBlending()
{
//【0】定义一些局部变量
double alphaValue = 0.5;
double betaValue;
Mat srcImage2, srcImage3, dstImage;
//【1】读取图像 ( 两幅图片需为同样的类型和尺寸 )
srcImage2= imread("mogu.jpg");
srcImage3= imread("rain.jpg");
if(!srcImage2.data ) { printf("你妹，读取srcImage2错误~！ "); return false; }
if(!srcImage3.data ) { printf("你妹，读取srcImage3错误~！ "); return false; }
//【2】进行图像混合加权操作
betaValue= ( 1.0 - alphaValue );
addWeighted(srcImage2, alphaValue, srcImage3, betaValue, 0.0, dstImage);
//【3】创建并显示原图窗口
namedWindow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", 1);
imshow("<2>线性混合示例窗口【原图】 by浅墨", srcImage2 );
namedWindow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", 1);
imshow("<3>线性混合示例窗口【效果图】 by浅墨", dstImage );
return true;
}
//---------------------------------【ROI_LinearBlending（）】-------------------------------------
// 函数名：ROI_LinearBlending（）
// 描述：线性混合实现函数,指定区域线性图像混合.利用cv::addWeighted（）函数结合定义
// 感兴趣区域ROI，实现自定义区域的线性混合
//--------------------------------------------------------------------------------------------
bool ROI_LinearBlending()
{
//【1】读取图像
Mat srcImage4= imread("dota_pa.jpg",1);
Mat logoImage= imread("dota_logo.jpg");
if(!srcImage4.data ) { printf("你妹，读取srcImage4错误~！ "); return false; }
if(!logoImage.data ) { printf("你妹，读取logoImage错误~！ "); return false; }
//【2】定义一个Mat类型并给其设定ROI区域
Mat imageROI;
//方法一
imageROI=srcImage4(Rect(200,250,logoImage.cols,logoImage.rows));
//方法二
//imageROI=srcImage4(Range(250,250+logoImage.rows),Range(200,200+logoImage.cols));
//【3】将logo加到原图上
addWeighted(imageROI,0.5,logoImage,0.3,0.,imageROI);
//【4】显示结果
namedWindow("<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨");
imshow("<4>区域线性图像混合示例窗口 by浅墨",srcImage4);
return true;
}
最后看一下整体的运行效果图。 首先是经过背景颜色修改的console窗口：
然后依次是四张效果图：
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