为图像添加边框

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

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原作者	Ana Huamán
兼容性	OpenCV >= 3.0

目标

在本教程中，你将学习如何：

• 使用 OpenCV 函数 copyMakeBorder() 来设置边框（为图像添加额外的填充）。

理论

注意

下面的解释摘自 Bradski 和 Kaehler 的书 Learning OpenCV。

1. 在我们之前的教程中，我们学习了如何使用卷积来操作图像。一个自然而然的问题是如何处理边界。如果被评估的点位于图像边缘，我们该如何对它们进行卷积？
2. OpenCV 的大多数函数所做的是将给定图像复制到另一个稍大的图像上，然后自动填充边界（通过下面代码示例中解释的任何方法）。这样，卷积就可以在需要的像素上无问题地执行（额外的填充在操作完成后会被裁剪掉）。

3. 在本教程中，我们将简要探讨定义图像额外填充（边框）的两种方法：

   1. BORDER_CONSTANT：用一个恒定值（例如黑色或 \(0\））填充图像。
   2. BORDER_REPLICATE：原始图像最边缘的行或列会被复制到额外的边框中。

   这在代码部分会更清楚地看到。

• 这个程序做什么？
  • 加载图像

  • 让用户选择输入图像的填充类型。有两种选项：

    1. 恒定值边框：为整个边框应用恒定值的填充。此值将每 0.5 秒随机更新一次。
    2. 复制边框：边框将从原始图像边缘的像素值复制而来。

    用户通过按 'c'（constant）或 'r'（replicate）来选择其中一个选项。

  • 当用户按下 'ESC' 时，程序结束。

代码

教程代码如下所示。

C++

您也可以在此处下载： 这里

 
#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(" 程序参数： [image_name -- 默认为 lena.jpg] \n");
        return -1;
    }
 
    // 此程序的简要说明
printf( "\n \t copyMakeBorder Demo: \n");
printf( "\t -------------------- \n");
printf( " ** 按 'c' 将边框设置为随机恒定值 \n");
printf( " ** 按 'r' 将边框设置为复制 \n");
printf( " ** 按 'ESC' 退出程序 \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

您也可以在此处下载： 这里

 
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(" 错误：无法打开图像！");
System.out.println(" 程序参数： [image_name -- 默认为 ../data/lena.jpg] \n");
System.exit(-1);
        }
 
        // 此程序的简要说明
System.out.println("\n" +
                "\t copyMakeBorder Demo: \n" +
                "\t -------------------- \n" +
                " ** 按 'c' 将边框设置为随机恒定值 \n" +
                " ** 按 'r' 将边框设置为复制 \n" +
                " ** 按 'ESC' 退出程序 \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) {
        // 加载本地库。
System.loadLibrary(Core.NATIVE_LIBRARY_NAME);
        new CopyMakeBorderRun().run(args);
    }
}

Python

您也可以在此处下载： 这里

"""
@file copy_make_border.py
@brief 演示 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 ('错误：无法打开图像！')
        print ('用法：copy_make_border.py [image_name -- 默认为 lena.jpg] \n')
        return -1
    
    print ('\n'
           '\t copyMakeBorder Demo: \n'
           ' -------------------- \n'
           ' ** 按 'c' 将边框设置为随机恒定值 \n'
           ' ** 按 'r' 将边框设置为复制 \n'
           ' ** 按 'ESC' 退出程序 ')
    
    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，我们声明将要使用的变量。

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

borderType = cv.BORDER_CONSTANT
window_name = "copyMakeBorder Demo"

rng 变量值得特别关注，它是一个随机数生成器。我们将在稍后看到，我们用它来生成随机的边框颜色。

加载图像

和往常一样，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(" 程序参数： [image_name -- 默认为 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(" 错误：无法打开图像！");
System.out.println(" 程序参数： [image_name -- 默认为 ../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 ('错误：无法打开图像！')
        print ('用法：copy_make_border.py [image_name -- 默认为 lena.jpg] \n')
        return -1

创建窗口

在简要介绍了如何使用程序后，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）。我们将它们的值设置为src大小的 5%。

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

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

程序在一个无限循环中运行，直到按下 ESC 键。如果用户按下 'c' 或 'r'，borderType 变量将分别取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），都会更新随机边框颜色（value）...

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)]

这个值是一组在 \([0,255]\) 范围内随机选择的三个数字。

在图像周围形成边框

最后，我们调用 copyMakeBorder() 函数来应用相应的填充。

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：图像每个侧面的边框像素长度。我们将它们定义为原始图像大小的 5%。
  4. borderType：定义应用哪种类型的边框。在此示例中，它可以是恒定值或复制。
  5. value：如果borderType 是BORDER_CONSTANT，则此值为用于填充边框像素的值。

显示结果

我们将输出图像显示在之前创建的图像中。

C++

        imshow( window_name, dst );

Java

HighGui.imshow( window_name, dst );

Python

        cv.imshow(window_name, dst)

结果

1. 编译上述代码后，您可以提供图像路径作为参数来执行它。结果应该是：

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

   下面是一些截图，展示了边框如何改变颜色以及BORDER_REPLICATE 选项的外观。