【OpenCV】图像代数运算：平均值去噪，减去背景

代数运算，就是对两幅图像的点之间进行加、减、乘、除的运算。四种运算相应的公式为：

代数运算中比较常用的是图像相加和相减。图像相加常用来求平均值去除addtive噪声或者实现二次曝光（double-exposure）。图像相减用于减去背景或周期噪声，污染等。

图像相加

OpenCV中提供了相加的函数

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1. void cvAcc(
2. const CvArr* image,//输入图像
3. CvArr* sum,  //累积图像
4. const CvArr* mask=NULL//可选的运算
5. );

我们还需要用到一个线性变换转换函数来对相加的结果求平均

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1. void cvConvertScale(
2. const CvArr* src, //输入数组
3. CvArr* dst,//输出数组
4. double scale=1,//比例
5. double shift=0 //缩放比例，可选
6. );
7. #define cvCvtScale cvConvertScale
8. #define cvScale  cvConvertScale
9. #define cvConvert( src, dst )  cvConvertScale( (src), (dst), 1, 0 )

实践：平均值去噪

我们用NASA的一段幸运团的视频做实验，截取视频的某几个连续帧求平均值：

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1. int main()
2. {
3. CvCapture* capture=cvCaptureFromFile("media.avi");
4. IplImage* frame=  NULL;
5. IplImage * imgsum =NULL;
6. int start=301;
7. int end=304;
8. cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_POS_FRAMES, start);
9. int count = start;
10. while( cvGrabFrame(capture) && count <= end )
11. {
12. frame = cvRetrieveFrame(capture);// 获取当前帧
13. if(imgsum==NULL){
14. imgsum=cvCreateImage(cvGetSize(frame),IPL_DEPTH_32F,3);
15. cvZero(imgsum);
16. }
17. cvAcc(frame,imgsum);
18. char testname[100];
19. sprintf(testname,"%s%d%s","image",count,".jpg");
20. cvShowImage(testname,frame);
21. cvSaveImage(testname,frame);
22. count++;
23. }
24. IplImage * imgavg = cvCreateImage(cvGetSize(frame),IPL_DEPTH_8U,3);
25. cvConvertScale(imgsum,imgavg,1.0/4.0);
26. cvShowImage("imageavg",imgavg);
27. cvSaveImage("imageavg_4.jpg",imgavg);
28. cvWaitKey(0);
29. cvReleaseCapture(&capture);
30. return 0;
31. }

以下从左到右分别是连续两帧、四帧、八帧、十六帧求均值的结果：

   

   

实践：图像二次曝光

曝光和去噪是一样的，也是对几幅图像求平均

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1. //通过求平均二次曝光
2. int main()
3. {
4. IplImage* image1=  cvLoadImage("psu3.jpg");
5. IplImage* image2=  cvLoadImage("psu4.jpg");
6. IplImage * imgsum =cvCreateImage(cvGetSize(image1),IPL_DEPTH_32F,3);
7. cvZero(imgsum);
8. cvAcc(image1,imgsum);
9. cvAcc(image2,imgsum);
10. IplImage * imgavg = cvCreateImage(cvGetSize(image1),IPL_DEPTH_8U,3);
11. cvConvertScale(imgsum,imgavg,1.0/2.0);
12. cvShowImage("imageavg",imgavg);
13. cvSaveImage("avg.jpg",imgavg);
14. cvWaitKey(0);
15. cvReleaseImage(&image1);
16. cvReleaseImage(&image2);
17. cvReleaseImage(&imgsum);
18. cvReleaseImage(&imgavg);
19. return 0;
20. }

下图是对同学街舞截图的“二次曝光”效果：

图像相减

OpenCV中用cvAbsDiff函数计算两数组的差的绝对值

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1. void cvAbsDiff(
2. const CvArr* src1,//第一个输入数组
3. const CvArr* src2,//第二个输入数组
4. CvArr* dst//输出数组
5. );

实践：减去背景

减去背景是通过两幅图像代数相减，可以判断出前景区域和运动区域，这是最简单（很多时候也是效果很好的）运动检测方法。

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1. //减去背景
2. int main()
3. {
4. IplImage* pFrame = NULL;
5. IplImage* pFrImg = NULL;
6. IplImage* pBkImg = NULL;
7. CvMat* pFrameMat = NULL;
8. CvMat* pFrMat = NULL;
9. CvMat* pBkMat = NULL;
10. CvCapture* pCapture = NULL;
11. int nFrmNum = 0;
12. //创建窗口
13. cvNamedWindow("video", 1);
14. cvNamedWindow("background",1);
15. cvNamedWindow("foreground",1);
16. pCapture = cvCaptureFromFile("media.avi");
17. while(pFrame = cvQueryFrame( pCapture ))
18. {
19. nFrmNum++;
20. //如果是第一帧，需要申请内存，并初始化
21. if(nFrmNum == 1)
22. {
23. pBkImg = cvCreateImage(cvSize(pFrame->width, pFrame->height),  IPL_DEPTH_8U,1);
24. pFrImg = cvCreateImage(cvSize(pFrame->width, pFrame->height),  IPL_DEPTH_8U,1);
25. pBkMat = cvCreateMat(pFrame->height, pFrame->width, CV_32FC1);
26. pFrMat = cvCreateMat(pFrame->height, pFrame->width, CV_32FC1);
27. pFrameMat = cvCreateMat(pFrame->height, pFrame->width, CV_32FC1);
28. //转化成单通道图像再处理
29. cvCvtColor(pFrame, pBkImg, CV_BGR2GRAY);
30. cvCvtColor(pFrame, pFrImg, CV_BGR2GRAY);
31. cvConvert(pFrImg, pFrameMat);
32. cvConvert(pFrImg, pFrMat);
33. cvConvert(pFrImg, pBkMat);
34. }
35. else
36. {
37. cvCvtColor(pFrame, pFrImg, CV_BGR2GRAY);
38. cvConvert(pFrImg, pFrameMat);
39. //当前帧跟背景图相减
40. cvAbsDiff(pFrameMat, pBkMat, pFrMat);
41. //二值化前景图
42. cvThreshold(pFrMat, pFrImg, 60, 255.0, CV_THRESH_BINARY);
43. //更新背景
44. cvRunningAvg(pFrameMat, pBkMat, 0.003, 0);
45. //将背景转化为图像格式，用以显示
46. cvConvert(pBkMat, pBkImg);
47. cvShowImage("video", pFrame);
48. cvShowImage("background", pBkImg);
49. cvShowImage("foreground", pFrImg);
50. if( cvWaitKey(2) >= 0 )
51. break;
52. }
53. }
54. cvDestroyWindow("video");
55. cvDestroyWindow("background");
56. cvDestroyWindow("foreground");
57. cvReleaseImage(&pFrImg);
58. cvReleaseImage(&pBkImg);
59. cvReleaseMat(&pFrameMat);
60. cvReleaseMat(&pFrMat);
61. cvReleaseMat(&pBkMat);
62. cvReleaseCapture(&pCapture);
63. return 0;
64. }

效果图：

转载请注明出处：http://blog.csdn.net/xiaowei_cqu/article/details/7610665

实验代码及视频下载：http://download.csdn.net/detail/xiaowei_cqu/4335573