【OpenCV 例程200篇】21. 圖像的疊加

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兩張圖像直接進行加法運算后圖像的顏色會改變，通過加權加法實現圖像混合后圖像的透明度會改變，都不能實現圖像的疊加。

實現圖像的疊加，需要綜合運用圖像閾值處理、圖像掩模、位操作和圖像加法的操作。

我們以 Lena 圖像疊加 CVlogo 為例，討論圖像疊加的思路和步驟：

確定圖像疊加位置，將 Lena 圖像中的疊加位置裁剪出來，使疊加圖像的尺寸相同；

對前景圖像進行二值化處理，生成黑白掩模圖像 mask（LOGO區域黑色遮蓋）及其反轉掩模圖像 maskInv （LOGO區域白色開窗）；

以黑白掩模 mask（LOGO區域黑色遮蓋）作為掩模，對背景圖像（Lena裁剪圖）進行位操作，LOGO區域遮蓋為黑色，其它區域保持不變，得到疊加背景圖像 img1BG；

以反轉掩模 maskInv（LOGO區域白色開窗）作為掩模，對前景圖像（CVlogo）進行位操作，LOGO區域保持不變，其它區域遮蓋為黑色，得到疊加前景圖像 img2FG；

背景圖像 img1BG 和 前景圖像 img2FG 通過 cv2.add 加法運算，得到裁剪部分的疊加圖像；

用疊加圖像替換Lena 圖像中的疊加位置，得到Lena 疊加 CVlogo 的圖像。

基本例程：1.30 圖像的疊加

# 1.30 圖像的疊加img1 = cv2.imread("../images/imgLena.tif") # 讀取彩色圖像(BGR)img2 = cv2.imread("../images/logoCV.png") # 讀取 CV Logox, y = (0, 10) # 圖像疊加位置W1, H1 = img1.shape[1::-1]W2, H2 = img2.shape[1::-1]if (x + W2) > W1: x = W1 - W2if (y + H2) > H1: y = H1 - H2print(W1,H1,W2,H2,x,y)imgROI = img1[y:y+W2, x:x+H2] # 從背景圖像裁剪出疊加區域圖像img2Gray = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # img2: 轉換為灰度圖像ret, mask = cv2.threshold(img2Gray, 175, 255, cv2.THRESH_BINARY) # 轉換為二值圖像，生成遮罩，LOGO 區域黑色遮蓋maskInv = cv2.bitwise_not(mask) # 按位非(黑白轉置)，生成逆遮罩，LOGO 區域白色開窗，LOGO 以外區域黑色# mask 黑色遮蓋區域輸出為黑色，mask 白色開窗區域與運算（原圖像素不變）img1Bg = cv2.bitwise_and(imgROI, imgROI, mask=mask) # 生成背景，imgROI 的遮罩區域輸出黑色img2Fg = cv2.bitwise_and(img2, img2, mask=maskInv) # 生成前景，LOGO 的逆遮罩區域輸出黑色# img1Bg = cv2.bitwise_or(imgROI, imgROI, mask=mask) # 生成背景，與 cv2.bitwise_and 效果相同# img2Fg = cv2.bitwise_or(img2, img2, mask=maskInv) # 生成前景，與 cv2.bitwise_and 效果相同# img1Bg = cv2.add(imgROI, np.zeros(np.shape(img2), dtype=np.uint8), mask=mask) # 生成背景，與 cv2.bitwise 效果相同# img2Fg = cv2.add(img2, np.zeros(np.shape(img2), dtype=np.uint8), mask=maskInv) # 生成背景，與 cv2.bitwise 效果相同imgROIAdd = cv2.add(img1Bg, img2Fg) # 前景與背景合成，得到裁剪部分的疊加圖像imgAdd = img1.copy()imgAdd[y:y+W2, x:x+H2] = imgROIAdd # 用疊加圖像替換背景圖像中的疊加位置，得到疊加 Logo 合成圖像plt.figure(figsize=(9,6))titleList = ["1. imgGray", "2. imgMask", "3. MaskInv", "4. img2FG", "5. img1BG", "6. imgROIAdd"]imageList = [img2Gray, mask, maskInv, img2Fg, img1Bg, imgROIAdd]for i in range(6):plt.subplot(2,3,i+1), plt.title(titleList[i]), plt.axis('off')if (imageList[i].ndim==3): # 彩色圖像 ndim=3plt.imshow(cv2.cvtColor(imageList[i], cv2.COLOR_BGR2RGB)) # 彩色圖像需要轉換為 RGB 格式else: # 灰度圖像 ndim=2plt.imshow(imageList[i], 'gray')plt.show()cv2.imshow("imgAdd", imgAdd) # 顯示疊加圖像 imgAddkey = cv2.waitKey(0) # 等待按鍵命令

例程說明 1.30：

• 本例程實現圖像的疊加，中間過程圖像如上圖所示，最終的疊加圖像如下圖所示。
• 圖像疊加所涉及的操作步驟較多，建議將上文的步驟說明與程序、中間過程圖像相互對照進行閱讀。
• 使用位操作生成前景 img1Bg 時，使用掩模圖像 mask 對 imgROI 與 imgROI 進行 “與操作”，而不是直接對 mask 與 imgROI 進行操作，是因為 mask 為灰度圖像而 imgROI 為彩色圖像，不能直接進行加法或位操作。
• 使用位操作生成前景、背景圖像時，遮罩區域以外 imgROI 與 imgROI 進行 “自與操作”，如果用 “自或操作” （參見程序注釋語句）的效果也是相同的。此處甚至也可以用加法操作 cv2.add 實現（參見程序注釋語句），但位操作的運算速度更快。
• 函數 threshold() 將灰度圖像轉換為二值圖像（Binarization），只有黑白兩色。該方法通過固定閾值 thresh 處理圖像，將像素點的灰度值設為 0 或 255。

（本節完）

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總結

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