给图像添加边框

目录

• 目标
• 理论
• 代码
• 解释
  • 声明变量
  • 加载图像
  • 创建窗口
  • 初始化参数
  • 循环
  • 随机颜色
  • 在图像周围形成一个边框
  • 显示结果
• 结果

上一教程： 制作自己的线性滤波器！
下一教程： Sobel 导数

原作者	Ana Huamán
兼容性	OpenCV >= 3.0

目标

在本教程中，您将学习如何

• 使用 OpenCV 函数 copyMakeBorder() 为您的图像设置边框（额外填充）。

理论

注意

下面的解释摘自 Bradski 和 Kaehler 编著的 学习 OpenCV 一书。

1. 在我们之前的教程中，我们学习了使用卷积来对图像进行操作。一个自然出现的问题是如何处理边界。如果评估点在图像的边缘，我们如何对其进行卷积？
2. OpenCV 的大多数函数所做的是将给定的图像复制到另一个稍微更大的图像上，然后自动填充边界（通过下面示例代码中解释的任何方法）。这样，卷积就可以在需要的像素上执行，而不会出现问题（操作完成后，多余的填充会切除）。

3. 在本教程中，我们将简要探讨两种定义图像额外填充（边框）的方法。

   1. BORDER_CONSTANT：用一个常数值（即黑色或 \(0\)）填充图像。
   2. BORDER_REPLICATE：将原始图像最边缘的行或列复制到额外的边框中。

   这将在代码部分中更清楚地看到。

• 此程序的功能是什么？
  • 加载图像

  • 允许用户选择在输入图像中使用哪种类型的填充。有两个选项：

    1. 常数值边框：对整个边框应用一个常数值填充。该值将在每隔 0.5 秒随机更新。
    2. 复制边框：边框将从原始图像边缘的像素值复制。

    用户通过按下 'c'（常数）或 'r'（复制）来选择任一选项。

  • 当用户按下 'ESC' 时，程序结束。

代码

教程代码的代码行如下所示。

C++

您也可以从 这里 下载它。

 
#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"
 
using namespace cv;
 
// 声明变量
Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType = BORDER_CONSTANT;
const char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);
 
int main( int argc, char** argv )
{
    const char* imageName = argc >=2 ? argv[1] : "lena.jpg";
 
    // 加载图像
src = imread( samples::findFile( imageName ), IMREAD_COLOR ); // 加载图像
 
    // 检查图像是否加载成功
    if( src.empty()) {
printf(" Error opening image\n");
printf(" Program Arguments: [image_name -- default lena.jpg] \n");
        return -1;
    }
 
    // 该程序的简要使用说明
printf( "\n \t copyMakeBorder Demo: \n" );
printf( "\t -------------------- \n" );
printf( " ** Press 'c' to set the border to a random constant value \n");
printf( " ** Press 'r' to set the border to be replicated \n");
printf( " ** Press 'ESC' to exit the program \n");
 
namedWindow( window_name, WINDOW_AUTOSIZE );
 
    // 初始化滤波器的参数
top = (int) (0.05*src.rows); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols); right = left;
 
    for(;;)
    {
        Scalar value( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );
 
copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );
 
imshow( window_name, dst );
 
        char c = (char)waitKey(500);
        if( c == 27 )
{ break; }
        else if( c == 'c' )
{ borderType = BORDER_CONSTANT; }
        else if( c == 'r' )
{ borderType = BORDER_REPLICATE; }
    }
 
    return 0;
}

Java

您也可以从 这里 下载它。

 
import org.opencv.core.*;
import org.opencv.highgui.HighGui;
import org.opencv.imgcodecs.Imgcodecs;
 
import java.util.Random;
 
class CopyMakeBorderRun {
 
    public void run(String[] args) {
 
        // 声明变量
Mat src, dst = new Mat();
        int top, bottom, left, right;
        int borderType = Core.BORDER_CONSTANT;
String window_name = "copyMakeBorder Demo";
Random rng;
 
String imageName = ((args.length > 0) ? args[0] : "../data/lena.jpg");
 
        // 加载图像
src = Imgcodecs.imread(imageName, Imgcodecs.IMREAD_COLOR);
 
        // 检查图像是否加载成功
        if( src.empty() ) {
System.out.println("Error opening image!");
System.out.println("Program Arguments: [image_name -- default ../data/lena.jpg] \n");
System.exit(-1);
        }
 
        // 该程序的简要使用说明
System.out.println("\n" +
                "\t copyMakeBorder Demo: \n" +
                "\t -------------------- \n" +
                " ** Press 'c' to set the border to a random constant value \n" +
                " ** Press 'r' to set the border to be replicated \n" +
                " ** Press 'ESC' to exit the program \n");
 
HighGui.namedWindow( window_name, HighGui.WINDOW_AUTOSIZE );
 
        // 初始化滤波器的参数
top = (int) (0.05*src.rows()); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols()); right = left;
 
        while( true ) {
rng = new Random();
Scalar value = new Scalar( rng.nextInt(256),
rng.nextInt(256), rng.nextInt(256) );
 
Core.copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value);
HighGui.imshow( window_name, dst );
 
            char c = (char) HighGui.waitKey(500);
c = Character.toLowerCase(c);
 
            if( c == 27 )
{ break; }
            else if( c == 'c' )
{ borderType = Core.BORDER_CONSTANT;}
            else if( c == 'r' )
{ borderType = Core.BORDER_REPLICATE;}
        }
 
System.exit(0);
    }
}
 
public class CopyMakeBorder {
    public static void main(String[] args) {
        // 加载本机库。
System.loadLibrary(Core.NATIVE_LIBRARY_NAME);
        new CopyMakeBorderRun().run(args);
    }
}

Python

您也可以从 这里 下载它。

"""
@file copy_make_border.py
@brief 展示 copyMakeBorder 功能的示例代码
"""
import sys
from random import randint
import cv2 as cv
 
 
def main(argv)
    
borderType = cv.BORDER_CONSTANT
window_name = "copyMakeBorder Demo"
    
imageName = argv[0] if len(argv) > 0 else 'lena.jpg'
 
    # 加载图像
src = cv.imread(cv.samples.findFile(imageName), cv.IMREAD_COLOR)
 
    # 检查图像是否加载成功
    if src is None
        print ('Error opening image!')
        print ('Usage: copy_make_border.py [image_name -- default lena.jpg] \n')
        return -1
    
    print ('\n'
           '\t copyMakeBorder Demo: \n'
           ' -------------------- \n'
           ' ** Press \'c\' to set the border to a random constant value \n'
           ' ** Press \'r\' to set the border to be replicated \n'
           ' ** Press \'ESC\' to exit the program ')
    
    cv.namedWindow(window_name, cv.WINDOW_AUTOSIZE)
    
top = int(0.05 * src.shape[0]) # shape[0] = rows
bottom = top
left = int(0.05 * src.shape[1]) # shape[1] = cols
right = left
    
    while 1:
        
value = [randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)]
        
dst = cv.copyMakeBorder(src, top, bottom, left, right, borderType, None, value)
        
        cv.imshow(window_name, dst)
        
c = cv.waitKey(500)
 
        if c == 27
            break
        elif c == 99: # 99 = ord('c')
borderType = cv.BORDER_CONSTANT
        elif c == 114: # 114 = ord('r')
borderType = cv.BORDER_REPLICATE
        
    return 0
 
 
if __name__ == "__main__"
    main(sys.argv[1:])

说明

声明变量

首先我们声明要使用的变量

C++

// 声明变量
Mat src, dst;
int top, bottom, left, right;
int borderType = BORDER_CONSTANT;
const char* window_name = "copyMakeBorder Demo";
RNG rng(12345);

Java

        // 声明变量
Mat src, dst = new Mat();
        int top, bottom, left, right;
        int borderType = Core.BORDER_CONSTANT;
String window_name = "copyMakeBorder Demo";
Random rng;

Python

    # 首先我们声明要使用的变量
borderType = cv.BORDER_CONSTANT
window_name = "copyMakeBorder Demo"

特别值得注意的是变量rng，它是一个随机数生成器。 我们使用它来生成随机边框颜色，我们很快就会看到。

加载图像

像往常一样，我们加载源图像src

C++

    const char* imageName = argc >=2 ? argv[1] : "lena.jpg";
 
    // 加载图像
src = imread( samples::findFile( imageName ), IMREAD_COLOR ); // 加载图像
 
    // 检查图像是否加载成功
    if( src.empty()) {
printf(" Error opening image\n");
printf(" Program Arguments: [image_name -- default lena.jpg] \n");
        return -1;
    }

Java

String imageName = ((args.length > 0) ? args[0] : "../data/lena.jpg");
 
        // 加载图像
src = Imgcodecs.imread(imageName, Imgcodecs.IMREAD_COLOR);
 
        // 检查图像是否加载成功
        if( src.empty() ) {
System.out.println("Error opening image!");
System.out.println("Program Arguments: [image_name -- default ../data/lena.jpg] \n");
System.exit(-1);
        }

Python

imageName = argv[0] if len(argv) > 0 else 'lena.jpg'
 
    # 加载图像
src = cv.imread(cv.samples.findFile(imageName), cv.IMREAD_COLOR)
 
    # 检查图像是否加载成功
    if src is None
        print ('Error opening image!')
        print ('Usage: copy_make_border.py [image_name -- default lena.jpg] \n')
        return -1

创建窗口

在简要介绍如何使用该程序后，我们创建一个窗口

C++

namedWindow( window_name, WINDOW_AUTOSIZE );

Java

HighGui.namedWindow( window_name, HighGui.WINDOW_AUTOSIZE );

Python

    cv.namedWindow(window_name, cv.WINDOW_AUTOSIZE)

初始化参数

现在我们初始化定义边框大小的参数（top、bottom、left 和 right）。 我们给它们赋予src大小的5%的值。

C++

    // 初始化滤波器的参数
top = (int) (0.05*src.rows); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols); right = left;

Java

        // 初始化滤波器的参数
top = (int) (0.05*src.rows()); bottom = top;
left = (int) (0.05*src.cols()); right = left;

Python

    # 初始化滤波器参数
top = int(0.05 * src.shape[0]) # shape[0] = rows
bottom = top
left = int(0.05 * src.shape[1]) # shape[1] = cols
right = left

循环

程序在无限循环中运行，直到按下ESC键。 如果用户按下“c”或“r”，borderType变量分别取BORDER_CONSTANT或BORDER_REPLICATE的值

C++

        char c = (char)waitKey(500);
        if( c == 27 )
{ break; }
        else if( c == 'c' )
{ borderType = BORDER_CONSTANT; }
        else if( c == 'r' )
{ borderType = BORDER_REPLICATE; }

Java

            char c = (char) HighGui.waitKey(500);
c = Character.toLowerCase(c);
 
            if( c == 27 )
{ break; }
            else if( c == 'c' )
{ borderType = Core.BORDER_CONSTANT;}
            else if( c == 'r' )
{ borderType = Core.BORDER_REPLICATE;}

Python

c = cv.waitKey(500)
 
        if c == 27
            break
        elif c == 99: # 99 = ord('c')
borderType = cv.BORDER_CONSTANT
        elif c == 114: # 114 = ord('r')
borderType = cv.BORDER_REPLICATE

随机颜色

在每次迭代（0.5秒后），随机边框颜色（value）都会更新...

C++

        Scalar value( rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255) );

Java

rng = new Random();
Scalar value = new Scalar( rng.nextInt(256),
rng.nextInt(256), rng.nextInt(256) );

Python

value = [randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)]

此值是在范围 \([0,255]\) 中随机选择的三个数字的集合。

在图像周围形成边框

最后，我们调用函数copyMakeBorder()来应用相应的填充

C++

copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value );

Java

Core.copyMakeBorder( src, dst, top, bottom, left, right, borderType, value);

Python

dst = cv.copyMakeBorder(src, top, bottom, left, right, borderType, None, value)

• 参数是
  1. src：源图像
  2. dst：目标图像
  3. top、bottom、left、right：图像每边边框的像素长度。 我们将它们定义为图像原始大小的 5%。
  4. borderType：定义应用何种类型的边框。 在此示例中，它可以是常数或复制。
  5. value：如果borderType为BORDER_CONSTANT，则这是用于填充边框像素的值。

显示结果

我们在之前创建的图像中显示输出图像

C++

imshow( window_name, dst );

Java

HighGui.imshow( window_name, dst );

Python

        cv.imshow(window_name, dst)

结果

1. 编译完上面的代码后，你可以执行它，并给出图像路径作为参数。 结果应该是

   • 默认情况下，它以设置为 BORDER_CONSTANT 的边框开始。 因此，将显示一系列随机颜色的边框。
   • 如果你按下“r”，边框将变成边缘像素的副本。
   • 如果你按下“c”，随机颜色的边框将再次出现
   • 如果你按下“ESC”，程序将退出。

   下面是一些屏幕截图，显示边框如何改变颜色以及BORDER_REPLICATE选项的外观