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使用C++和OpenCV实现多图片直接拼接

2024-05-15 01:39:45 深夜i -- --

C++ OpenCV 多图片直接拼接实现

在图像处理领域中，将多张图片拼接成一张更大的图片是一个常见的任务。这个任务在许多应用中都可以看到，比如全景图、地图拼接等。在本文中，我们将使用C++和OpenCV库来实现多图片直接拼接的功能。

首先，我们需要准备要拼接的多个图片。这些图片应该有共同的特征，比如拍摄角度和光照条件应尽量一致。在本例中，我们将使用一组室内拍摄的照片作为示例。

接下来，我们需要加载这些图片并将它们转换为OpenCV中的矩阵表示。在C++中，我们可以使用imread函数来加载图片，它会将图片转换为Mat对象。我们可以定义一个vector来保存这些Mat对象，如下所示：


std::vector<cv::Mat> images;

然后，我们需要对每张图片进行特征检测和匹配。在本文中，我们将使用SIFT算法来检测和描述图片中的特征点，并使用FLANN匹配器来进行特征匹配。这些算法都可以通过OpenCV进行实现。

我们可以定义一个函数来完成特征检测和匹配的过程，如下所示：


void findMatches(const cv::Mat& img1, const cv::Mat& img2, std::vector<cv::KeyPoint>& keypoints1, std::vector<cv::KeyPoint>& keypoints2, std::vector<cv::DMatch>& matches)
{
  cv::Ptr<cv::FeatureDetector> detector = cv::SIFT::create();
  cv::Ptr<cv::DescriptorExtractor> extractor = cv::SIFT::create();
  cv::Ptr<cv::DescriptorMatcher> matcher = cv::DescriptorMatcher::create(cv::DescriptorMatcher::FLANNBASED);
  detector->detect(img1, keypoints1);
  detector->detect(img2, keypoints2);
  cv::Mat descriptors1, descriptors2;
  extractor->compute(img1, keypoints1, descriptors1);
  extractor->compute(img2, keypoints2, descriptors2);
  std::vector<std::vector<cv::DMatch>> knnMatches;
  matcher->knnMatch(descriptors1, descriptors2, knnMatches, 2);
  const float ratioThreshold = 0.7;
  for (size_t i = 0; i < knnMatches.size(); i++)
  {
    if (knnMatches[i][0].distance < ratioThreshold * knnMatches[i][1].distance)
    {
      matches.push_back(knnMatches[i][0]);
    }
  }
}

通过这个函数，我们可以得到每张图片中的特征点和它们之间的匹配关系。

接下来，我们需要使用这些匹配点来计算每张图片之间的转换矩阵。在本文中，我们将使用RANSAC算法进行计算。这个算法可以通过cv::findHomography函数来实现，如下所示：


cv::Mat findHomographyMatrix(const std::vector<cv::KeyPoint>& keypoints1, const std::vector<cv::KeyPoint>& keypoints2, const std::vector<cv::DMatch>& matches)
{
  std::vector<cv::Point2f> srcPoints, dstPoints;
  for (size_t i = 0; i < matches.size(); i++)
  {
    srcPoints.push_back(keypoints1[matches[i].queryIdx].pt);
    dstPoints.push_back(keypoints2[matches[i].trainIdx].pt);
  }
  return cv::findHomography(srcPoints, dstPoints, cv::RANSAC);
}

通过这个函数，我们可以得到每张图片到参考图片的转换矩阵。

最后，我们可以利用这些转换矩阵来对每张图片进行重叠和拼接操作。在本文中，我们将使用cv::warpPerspective函数来实现这个操作，如下所示：


cv::Mat stitchImages(const std::vector<cv::Mat>& images, const std::vector<cv::Mat>& homographyMatrices)
{
  cv::Mat result = images[0];
  for (size_t i = 1; i < images.size(); i++)
  {
    cv::Mat warpedImage;
    cv::warpPerspective(images[i], warpedImage, homographyMatrices[i - 1], cv::Size(result.cols + images[i].cols, result.rows));
    
    cv::Mat roi(result, cv::Rect(0, 0, result.cols, result.rows));
    cv::Mat croppedImage;
    cv::resize(result, croppedImage, cv::Size(result.cols + images[i].cols, result.rows));
    
    warpedImage.copyTo(roi);
  }
  
  return result;
}

通过这个函数，我们可以得到拼接后的大图像。

最后，我们可以在主函数中调用以上这些函数来实现多图片直接拼接的功能，如下所示：


int main()
{
  std::vector<cv::Mat> images;
  // 加载图片并将其转换为Mat对象
  std::vector<cv::KeyPoint> keypoints1, keypoints2;
  std::vector<cv::DMatch> matches;
  // 对每张图片进行特征检测和匹配
  std::vector<cv::Mat> homographyMatrices;
  // 计算每张图片之间的转换矩阵
  cv::Mat stitchedImage = stitchImages(images, homographyMatrices);
  // 对所有图片进行拼接操作
  cv::imshow("Result", stitchedImage);
  cv::waitKey(0);
  return 0;
}

通过运行这个程序，我们可以得到多张图片直接拼接后的结果。

总结起来，本文介绍了如何使用C++和OpenCV库来实现多图片直接拼接的功能。从加载图片、特征检测和匹配、计算转换矩阵到拼接操作，我们一步步地介绍了实现的过程。通过这个简单的例子，希望读者能对图像拼接的过程有一个初步的认识，并能应用到更广泛的图像处理任务中。

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