Emgu学习之（三）——操作图像数据

Visual Studio Community 2015 工程和代码：http://pan.baidu.com/s/1jHmlQeE

内容

在这篇文章中将提到以下内容：

• 修改像素值
• 图像ROI
• 图像加法
• 图像减法
• 按位运算
• 图像混合

准备工作

• 创建工程：参考Emgu学习之（一）——Emgu介绍创建一个WinForm项目
• Form1.cs引用命名空间：

 using Emgu.CV;
 using Emgu.CV.Structure;
 using Emgu.CV.CvEnum;

• 界面：在Form1中添加2行2列的TableLayout容器，然后添加四个Emgu.CV.UI.ImageBox控件（参考Emgu学习之（二）——图像读取、显示、保存），添加后界面如下：

　  

如果你自己在实验时无法得到图片显示的效果，那么可以试试修改ImageBox的SizeMode属性。

• 新建DataAccess类：

 using Emgu.CV;
 using Emgu.CV.Structure;
 using Emgu.CV.CvEnum;

 namespace AccessingImageData
 {
     public class DataAccess
     {
     }
 }

修改像素值

可以通过行、列索引直接操作像素值，操作方式如下：

_image[row, cols] = new Bgr(Color.Green);

在DataAccess类中添加ExchangePixelValue方法，这个方法将交换两个区域的像素值。

 　　　　　/// <summary>
         /// 交换图像中两个区域的像素值
         /// </summary>
         /// <param name="image"></param>
         public static void ExchangePixelValue(Image<Bgr, Byte> image)
         {
             for(int i = ; i < ; i ++)
                 for(int j = ; j < ; j ++)
                 {
                     Bgr tmp = image[i, j];
                     image[i, j] = image[i + , j + ];
                     image[i + , j + ] = tmp;
                 }
         }

在Form1.cs中调用此方法的效果如下，小狗的脸去到了左上角，左上角的天空去到了小狗的脸位置。

图像ROI

ROI即为region of interest（感兴趣区域）。

“在很多情况下，使用它会提高计算机视觉代码的执行速度，这是因为它允许对图像的某一小部分进行操作，而不是对整个图像进行运算。在OpenCV中，普遍支持ROI，函数的

操作被限于感兴趣区域。”——《学习OpenCV（中文版）》。也就是如果你想只对图片的某个区域操作，你可以设置ROI后直接对图片进行操作，这时候被处理的部分只有ROI

区域。

OpenCV提供了cvSetImageROI()函数设置ROI区域，和cvResetImageROI()函数取消ROI，在Emgu中你可以在CvInvoke类中找到这两个方法，同时你也可以设置Image

类的ROI属性来设置ROI，通过访问IsROISet来获取当前对象是否已经设置了ROI，如果要取消ROI，你需要把对象的ROI属性设置为Rectangle.Empty。Rectangle类来自于

System.Drawing，也就是在Emgu中ROI为Rectangle对象指定的矩形区域。

下面代码显示了设置、取消ROI操作，在DataAccess类中添加SetRoiRed方法：

         /// <summary>
         /// 设置指定ROI区域为红色
         /// </summary>
         /// <param name="image"></param>
         /// <param name="roi"></param>
         public static void SetRoiRed(Image<Bgr, Byte> image, Rectangle roi)
         {
             image.ROI = roi;
             image.SetValue(new Bgr(Color.Red));
             //要记得取消ROI的设置，否则后续的操作都会在ROI中进行，包括显示图像
             image.ROI = Rectangle.Empty;
         }

在Form1中调用这个方法的运行效果为：

图像加法

使用Image.Add()方法，你可以让两个图像相加，或让当前图像加上一个色彩值。另外你也可以使用CvInvoke.Add()方法执行相同的操作，

Image.Add()方法内部就是调用CvInvoke.Add()方法实现的。

Image.Add()有3个实现，每个实现的返回都是一个相同色彩空间、值类型的Image对象：

 　　　 ///<summary> 当前图片与另外一张图片相加，另外一张图片必须与当前图片是相同的类型和尺寸（或相同ROI尺寸） </summary>
       ///<param name="img2">与当前图片相加的图片</param>
       ///<returns> 相加的结果</returns>
       public Image<TColor, TDepth> Add(Image<TColor, TDepth> img2)

 　　　 ///<summary> 当前图片与另外一张图片相加(ret(I)=src1(I)+src2(I) if mask(I)!=0)，另外一张图片必须与当前图片是相同的类型和尺寸（或形同ROI尺寸）</summary>
       ///<param name="img2">另一张图片</param>
       ///<param name="mask">掩膜图片</param>
       ///<returns> 使用掩膜图片相加的结果</returns>
       public Image<TColor, TDepth> Add(Image<TColor, TDepth> img2, Image<Gray, Byte> mask)

       ///<summary> 当前图片加上一个色彩值 </summary>
       ///<param name="val"> 色彩值 </param>
       ///<returns> 相加的结果 <paramref name="val"/> from the current image</returns>
       public Image<TColor, TDepth> Add(TColor val)

接下来我们演示如何使用这些方法：在DataAccess类中添加JustAdd和AddUsingMask方法，JustAdd方法只是简单的调用Add方法。

而AddUsingMask方法中，我们首先需要创建一张掩膜图片，掩膜图片左半边为白色（255），右半边为黑色（0），在执行加操作时，

白色部分会执行加操作，而黑色部分不执行任何操作，所以resImage的右半边是黑色的，这时把原图的右半边拷贝到resImage的右半

边上，代码如下：

         /// <summary>
         /// 两张图片相加
         /// </summary>
         /// <param name="image1">相加的源图片1</param>
         /// <param name="image2">相加的源图片2</param>
         /// <returns></returns>
         public static Image<Bgr, Byte> JustAdd(Image<Bgr, Byte> image1, Image<Bgr, Byte> image2)
         {
             return image1.Add(image2);
         }

         /// <summary>
         /// 使用掩码图片进行相加操作
         /// </summary>
         /// <param name="image1"></param>
         /// <param name="image2"></param>
         /// <returns></returns>
         public static Image<Bgr, Byte> AddUsingMask(Image<Bgr, Byte> image1, Image<Bgr, Byte> image2)
         {
             var rect = new Rectangle(new Point(, ), new Size(image1.Width / , image1.Height));
             using (var mask = new Image<Gray, Byte>(image1.Size))
             {
                 mask.SetZero();//设置所有值为0
                 mask.ROI = rect;
                 mask.SetValue();//设置ROI的值为255
                 mask.ROI = Rectangle.Empty;//去掉ROI
                 //res(I)=img1(I)+img2(I) if mask(I)!=0
                 var resImage = image1.Add(image2, mask);
                 mask._Not();//反转mask的值（255->0, 0->255）
                 image1.Copy(resImage, mask);//在mask(I) != 0的条件下，把image1的值拷贝到resImage中
                 return resImage;
             }
         }

在Form1中调用以上方法：

         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
         {
             _image = new Image<Bgr, byte>(Properties.Resources.gougou);
             imageBox1.Image = _image;
             imageBox2.Image = DataAccess.JustAdd(_image, _image);//图片自加
             imageBox4.Image = DataAccess.AddUsingMask(_image, _image);

             //创建掩膜图片
             var mask = new Image<Gray, Byte>(_image.Size);
             mask.SetZero();//设置所有值为0
             mask.ROI = new Rectangle(new Point(, ), new Size(_image.Width / , _image.Height));
             mask.SetValue();//设置ROI的值为255
             mask.ROI = Rectangle.Empty;//去掉ROI

             imageBox3.Image = mask;
         }

运行效果：

图像减法

使用Image.Sub()方法，你可以让当前图像减去另外一个图像，或让当前图像减去一个色彩值。另外你也可以使用CvInvoke.Subtract()方法执行相同的操作，

Image.Sub()方法内部就是调用CvInvoke.Subtract()方法实现的。

与加法相似，Image.Sub()同样有3个实现，每个实现的返回都是一个相同色彩空间、值类型的Image对象：

        ///<summary> 当前图片减去一张图片，被减图片必须与当前图片是相同的类型和尺寸（或相同的ROI尺寸） </summary>
        ///<param name="img2">被减图片</param>
        ///<returns> 相减的结果</returns>
        public Image<TColor, TDepth> Sub(Image<TColor, TDepth> img2)

  　　   ///<summary> 当前图片减去另外一张图片（ret(I)=src1(I)-src2(I) if mask(I)!=0），被减图片必须与当前图片是相同的类型和尺寸（或相同的ROI尺寸） </summary>
        ///<param name="img2">被减图片</param>
        ///<param name="mask">掩膜图片</param>
        ///<returns> 使用掩膜图片相减的结果</returns>
        public Image<TColor, TDepth> Sub(Image<TColor, TDepth> img2, Image<Gray, Byte> mask)

        ///<summary> 当前图片减去一个色彩值</summary>
        ///<param name="val">被减去的色彩值</param>
        ///<returns> 减去色彩值的结果</returns>
        public Image<TColor, TDepth> Sub(TColor val) 

接下来我们演示如何使用这些方法：在DataAccess类中添加JustSub和SubUsingMask方法，代码如下：

         /// <summary>
         /// 图像减法
         /// </summary>
         /// <param name="image1"></param>
         /// <param name="image2"></param>
         /// <returns></returns>
         public static Image<Bgr, Byte> JustSub(Image<Bgr, Byte> image1, Image<Bgr, Byte> image2)
         {
             return image1.Sub(image2);
         }

         /// <summary>
         /// 在掩码图片的条件下，用image1减去image2的值
         /// </summary>
         /// <param name="image1"></param>
         /// <param name="image2"></param>
         /// <returns></returns>
         public static Image<Bgr, Byte> SubUsingMask(Image<Bgr, Byte> image1, Image<Bgr, Byte> image2)
         {
             var rect = new Rectangle(new Point(, ), new Size(image1.Width / , image1.Height));
             using (var mask = new Image<Gray, Byte>(image1.Size))
             {
                 mask.SetZero();//设置所有值为0
                 mask.ROI = rect;
                 mask.SetValue();//设置ROI的值为255
                 mask.ROI = Rectangle.Empty;//去掉ROI
                 //res(I)=img1(I)-img2(I) if mask(I)!=0
                 var resImage = image1.Sub(image2, mask);
                 mask._Not();//反转mask的值（255->0, 0->255）
                 image1.Copy(resImage, mask);//在mask(I)!= 0的条件下，把image1的值拷贝到resImage中
                 return resImage;
             }
         }

在Form1中调用以上方法，在加法演示中我们使图片自加，得到了一张更亮的照片，但是在减法中如果我们使图片自减就会得到一张黑色的图片，

但是为了使读者能清晰的看到减法操作，我们使原图减去一张红色图，所以在以下程序中我们需要创建一张红色图片：

         private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
         {
             _image = new Image<Bgr, byte>(Properties.Resources.gougou);
             imageBox1.Image = _image;
             using (var colorImage = new Image<Bgr, Byte>(_image.Size))
             {//首先创建一张红色图片
                 colorImage.SetValue(new Bgr(Color.Red));
                 imageBox2.Image = DataAccess.JustSub(_image, colorImage);
                 imageBox4.Image = DataAccess.SubUsingMask(_image, colorImage);
             }

             //创建掩膜图片
             var mask = new Image<Gray, Byte>(_image.Size);
             mask.SetZero();//设置所有值为0
             mask.ROI = new Rectangle(new Point(, ), new Size(_image.Width / , _image.Height));
             mask.SetValue();//设置ROI的值为255
             mask.ROI = Rectangle.Empty;//去掉ROI

             imageBox3.Image = mask;
         }

运行效果：

按位运算

按位运算有与（And）、或（Or）、非（Not）和异或（Xor）运算。要执行这些运算，你可以使用CvInvoke类下的静态方法：BitwiseAnd、BitwiseNot、BitwiseOr、

BitwiseXor。但是与加减法类似，Image类同时也提供Add、Not、Or、Xor方法，同时还提供了_Add、_Not、_Or、_Xor，这些带下划线的方法会在当前对象上进行

运算，而不带下划线的方法则是返回新的对象。同时_Add、_Not、_Or、_Xor不提供掩膜操作。

接下来我们演示如何把OpenCV的logo添加到狗狗图片中，这里我们需要一张和logo图同样的mask图片。首先我们在DataAccess类中添加AddLogo方法：

         /// <summary>
         /// 在掩膜图片的条件下，在图片中添加logo，掩膜图片为logo图片的二值图
         /// </summary>
         /// <param name="image"></param>
         /// <param name="logo"></param>
         /// <param name="mask"></param>
         /// <returns></returns>
         public static Image<Bgr, Byte> AddLogo(Image<Bgr, Byte> image, Image<Bgr, Byte> logo, Image<Gray, Byte> mask)
         {
             var resImage = image.Copy();

             //设置操作区域，所有的操作都在这个区域中进行
             image.ROI = new Rectangle(new Point(, ), logo.Size);
             resImage.ROI = image.ROI;

             using (var colorMask = mask.Convert<Bgr, Byte>())
             {
                 //把Logo区域变成白色(0xFF)
                 CvInvoke.Add(image, colorMask, resImage, mask);
             }

             CvInvoke.BitwiseAnd(resImage, logo, resImage, mask);

             //失能操作区域
             resImage.ROI = Rectangle.Empty;
             return resImage;
         }

然后，在Form1中调用AddLogo方法：

图像混合

图像混合和图像加法类似，图像加法是简单的把两张图片相加，而图像混合是将两张图片按照不同的权重相加：

res[m, n] = α·src1[m,n] + β·src1[m,n] + γ（其中α = 1 - β）

实现这个功能的函数为cvAddWeighted方法，以下为调用实例：

 var resImage =  image1.AddWeighted(image2, 0.5, 0.5, );

这里α = 0.5，β = 0.5， γ = 0。

运行效果为：