opencv2-第五章-floodFill漫水填充算法

opencv2-第五章-floodFill漫水填充算法
漫水填充是一个非常有用的功能。它经常被用来标记或分离图像的一部分以便对其进行进一步处理或分析。漫水填充也可以用来从输入图像获取掩码区域，掩码会加速处理过程，或只处理掩码指定的像素点。floodfill函数本身也包含一个可选的掩码参数，用来进一步控制哪些区域将被填充颜色（例如当对同一图像进行多次填充时）。

对于两个程序来说，都必须在图像上选择一个种子点，然后把邻近区域所有相似点填充上同样的颜色，不同的是不一定将所有的邻近像素点都被染成同一颜色，漫水填充操作的结果总是某个连续的区域。当邻近像素点位于给定的范围（从loDiff到upDiff）内或在原始seedPoint像素值范围内时，floodfill函数将为这个点图上颜色。可选参数mask也可以用来控制漫水法填充。该填充方法的原型如下：

//! fills the semi-uniform image region and/or the mask starting from the specified seed point

CV_EXPORTS_W int floodFill( InputOutputArray image, InputOutputArray mask,

Point seedPoint, Scalar newVal, CV_OUT Rect* rect=0,

Scalar loDiff=Scalar(), Scalar upDiff=Scalar(),

int flags=4 );

image代表输入图像，该图像是8位或浮点型的单通道或3通道图像。漫水法填充从点seedPoint开始，newVal是像素点被染色的值。如果一个像素点的值不低于被染色的相邻点减去loDiff且不高于其加上upDiff，那么该像素点就会被染色。如果flags参数包含CV_FLOODFILL_FIXED_RANGE，这时每个像素点都将与种子点而不是相邻点想比较。flags参数有些复杂，这些参数决定填充的连通性、相关性、是否只填充掩码区域及用来填充的值。

这里mask参数所代表的掩码既可以作为floodfill函数的输入值（此时它控制可以被填充的区域），也可以作为floodfill函数的输出值（此时它指已经被填充的区域）。如果mask非空，那么它必须是一个单通道、8位、像素宽度和高度均比源图像大两个像素的图像（这是为了使内部运算更简单快速）。mask图像的像素（x+1，y+1）与源图像的像素（x，y）相对应。注意，floodfill不会覆盖mask的非0像素点，因此如果不希望mask阻碍填充操作时，将其中元素设为0。源图像img和掩码图像mask均可以用漫水填充来染色。

注意：漫水填充的掩码不为空，那么要用flags参数的中间比特值（第8-15位）来填充掩码图像。如果没有设置值flags中间比特值，则去默认值1.如果填充了掩码后显示出来是黑色，不要感到奇怪，因为所设置的值（如果flags的中间值没有被设置）为1，所以如果要显示它，必须需要放大这个掩码图像的数值。

尺寸调整

我们经常会将某种尺寸的图像转换为其他尺寸的图像，如放大或者缩小图像。我们可以用cvResize函数来放大或缩小图像。该函数可以将源图像精确转换为目标图像的尺寸。如果源图像中设置了ROI，那么cvResize将会对ROI区域调整尺寸，以匹配目标图像，同样，如果目标图像中已设置ROI的值，那么cvResize将会将源图像进行尺寸调整并填充到目标图像的ROI中。

void cvResize(const CvArr* src, CvArr* dst, int interpolation = CV_INTER_LINEAR);

最后一个参数指定插值方法，默认为线性插值法。可用的插值方法如下：

CV_INTER_NN 最近邻插值

CV_INTER_LINEAR 线性插值

CV_INTER_AREA 区域插值

CV_INTER_CUBIC 三次样条插值

一般情况下，我们期望源图像和重采样后的目标图像之间的映射尽可能地平滑。参数interpolation控制如何进行映射。当缩小图像时，目标图像的像素会映射为源图像中的多个像素，这时需要进行插值。当放大图像时，目标图像上的像素可能无法在源图像中找到精确对应的像素，也需要进行插值。在任何一种情况下，都有很多z种计算像素值的方法。其中最简单的办法是将目标图像各点的像素值设为源图像中与其距离最近的点的像素值，这就是当interpolation设为CV_INTER_NN时用的算法。或者采用线性插值算法（将CV_INTER_LINEAR），将根据源图像附近的4个（2x2范围）邻近像素的线性加权计算得出，权重由这4个像素到精确目标点的距离决定。我们也可以用新的像素点覆盖原来的像素点，然后采取覆盖区域的平均值，这种插值算法称为区域插值。最后一种选择是三次样条插值（CV_INTER_CUBIC）。首先对源图像附近的4x4个邻近像素进行三次样条拟合，然后将目标像素对应的三次样条值作为目标图像对应像素点的值。

//-----------------------------------【全局变量声明部分】--------------------------------------

// 描述：全局变量声明

//-----------------------------------------------------------------------------------------------

Mat g_srcImage, g_dstImage, g_grayImage, g_maskImage;//定义原始图、目标图、灰度图、掩模图

int g_nFillMode = 1;//漫水填充的模式

int g_nLowDifference = 20, g_nUpDifference = 20;//负差最大值、正差最大值

int g_nConnectivity = 4;//表示floodFill函数标识符低八位的连通值

int g_bIsColor = true;//是否为彩色图的标识符布尔值

bool g_bUseMask = false;//是否显示掩膜窗口的布尔值

int g_nNewMaskVal = 255;//新的重新绘制的像素值

//-----------------------------------【ShowHelpText( )函数】----------------------------------

// 描述：输出一些帮助信息

//----------------------------------------------------------------------------------------------

static void ShowHelpText()

{

//输出欢迎信息和OpenCV版本

printf("\n\n\t\t\t非常感谢购买《OpenCV3编程入门》一书！\n");

printf("\n\n\t\t\t此为本书OpenCV2版的第50个配套示例程序\n");

printf("\n\n\t\t\t 当前使用的OpenCV版本为：" CV_VERSION );

printf("\n\n ----------------------------------------------------------------------------\n");

//输出一些帮助信息

printf("\n\n\t欢迎来到漫水填充示例程序~");

printf("\n\n\t本示例根据鼠标选取的点搜索图像中与之颜色相近的点，并用不同颜色标注。");

printf( "\n\n\t按键操作说明: \n\n"

"\t\t鼠标点击图中区域- 进行漫水填充操作\n"

"\t\t键盘按键【ESC】- 退出程序\n"

"\t\t键盘按键【1】- 切换彩色图/灰度图模式\n"

"\t\t键盘按键【2】- 显示/隐藏掩膜窗口\n"

"\t\t键盘按键【3】- 恢复原始图像\n"

"\t\t键盘按键【4】- 使用空范围的漫水填充\n"

"\t\t键盘按键【5】- 使用渐变、固定范围的漫水填充\n"

"\t\t键盘按键【6】- 使用渐变、浮动范围的漫水填充\n"

"\t\t键盘按键【7】- 操作标志符的低八位使用4位的连接模式\n"

"\t\t键盘按键【8】- 操作标志符的低八位使用8位的连接模式\n\n"
);

}

//-----------------------------------【onMouse( )函数】--------------------------------------

// 描述：鼠标消息onMouse回调函数

//---------------------------------------------------------------------------------------------

static void onMouse( int event, int x, int y, int, void* )

{

// 若鼠标左键没有按下，便返回

if( event != CV_EVENT_LBUTTONDOWN )

return;

//-------------------【<1>调用floodFill函数之前的参数准备部分】---------------

Point seed = Point(x,y);

int LowDifference = g_nFillMode == 0 ? 0 : g_nLowDifference;//空范围的漫水填充，此值设为0，否则设为全局的g_nLowDifference

int UpDifference = g_nFillMode == 0 ? 0 : g_nUpDifference;//空范围的漫水填充，此值设为0，否则设为全局的g_nUpDifference

int flags = g_nConnectivity + (g_nNewMaskVal << 8) +

(g_nFillMode == 1 ? CV_FLOODFILL_FIXED_RANGE : 0);//标识符的0~7位为g_nConnectivity，8~15位为g_nNewMaskVal左移8位的值，16~23位为CV_FLOODFILL_FIXED_RANGE或者0。

//随机生成bgr值

int b = (unsigned)theRNG() & 255;//随机返回一个0~255之间的值

int g = (unsigned)theRNG() & 255;//随机返回一个0~255之间的值

int r = (unsigned)theRNG() & 255;//随机返回一个0~255之间的值

Rect ccomp;//定义重绘区域的最小边界矩形区域

Scalar newVal = g_bIsColor ? Scalar(b, g, r) : Scalar(r*0.299 + g*0.587 + b*0.114);//在重绘区域像素的新值，若是彩色图模式，取Scalar(b, g, r)；若是灰度图模式，取Scalar(r*0.299 + g*0.587 + b*0.114)

Mat dst = g_bIsColor ? g_dstImage : g_grayImage;//目标图的赋值

int area;

//--------------------【<2>正式调用floodFill函数】-----------------------------

if( g_bUseMask )

{

threshold(g_maskImage, g_maskImage, 1, 128, CV_THRESH_BINARY);

area = floodFill(dst, g_maskImage, seed, newVal, &ccomp, Scalar(LowDifference, LowDifference, LowDifference),

Scalar(UpDifference, UpDifference, UpDifference), flags);

imshow( "mask", g_maskImage );

}

else

{

area = floodFill(dst, seed, newVal, &ccomp, Scalar(LowDifference, LowDifference, LowDifference),

Scalar(UpDifference, UpDifference, UpDifference), flags);

}

imshow("效果图", dst);

cout << area << " 个像素被重绘\n";

}

//-----------------------------------【main( )函数】--------------------------------------------

// 描述：控制台应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始

//-----------------------------------------------------------------------------------------------

int main( int argc, char** argv )

{

//改变console字体颜色

system("color 2F");

//载入原图

g_srcImage = imread("1.jpg", 1);

if( !g_srcImage.data ) { printf("Oh，no，读取图片image0错误~！ \n"); return false; }

//显示帮助文字

ShowHelpText();

g_srcImage.copyTo(g_dstImage);//拷贝源图到目标图

cvtColor(g_srcImage, g_grayImage, COLOR_BGR2GRAY);//转换三通道的image0到灰度图

g_maskImage.create(g_srcImage.rows+2, g_srcImage.cols+2, CV_8UC1);//利用image0的尺寸来初始化掩膜mask

namedWindow( "效果图",CV_WINDOW_AUTOSIZE );

//创建Trackbar

createTrackbar( "负差最大值", "效果图", &g_nLowDifference, 255, 0 );

createTrackbar( "正差最大值" ,"效果图", &g_nUpDifference, 255, 0 );

//鼠标回调函数

setMouseCallback( "效果图", onMouse, 0 );

//循环轮询按键

while(1)

{

//先显示效果图

imshow("效果图", g_bIsColor ? g_dstImage : g_grayImage);

//获取键盘按键

int c = waitKey(0);

//判断ESC是否按下，若按下便退出

if( (c & 255) == 27 )

{

cout << "程序退出...........\n";

break;

}

//根据按键的不同，进行各种操作

switch( (char)c )

{

//如果键盘“1”被按下，效果图在在灰度图，彩色图之间互换

case '1':

if( g_bIsColor )//若原来为彩色，转为灰度图，并且将掩膜mask所有元素设置为0

{

cout << "键盘“1”被按下，切换彩色/灰度模式，当前操作为将【彩色模式】切换为【灰度模式】\n";

cvtColor(g_srcImage, g_grayImage, COLOR_BGR2GRAY);

g_maskImage = Scalar::all(0);
//将mask所有元素设置为0

g_bIsColor = false;
//将标识符置为false，表示当前图像不为彩色，而是灰度

}

else//若原来为灰度图，便将原来的彩图image0再次拷贝给image，并且将掩膜mask所有元素设置为0

{

cout << "键盘“1”被按下，切换彩色/灰度模式，当前操作为将【彩色模式】切换为【灰度模式】\n";

g_srcImage.copyTo(g_dstImage);

g_maskImage = Scalar::all(0);

g_bIsColor = true;//将标识符置为true，表示当前图像模式为彩色

}

break;

//如果键盘按键“2”被按下，显示/隐藏掩膜窗口

case '2':

if( g_bUseMask )

{

destroyWindow( "mask" );

g_bUseMask = false;

}

else

{

namedWindow( "mask", 0 );

g_maskImage = Scalar::all(0);

imshow("mask", g_maskImage);

g_bUseMask = true;

}

break;

//如果键盘按键“3”被按下，恢复原始图像

case '3':

cout << "按键“3”被按下，恢复原始图像\n";

g_srcImage.copyTo(g_dstImage);

cvtColor(g_dstImage, g_grayImage, COLOR_BGR2GRAY);

g_maskImage = Scalar::all(0);

break;

//如果键盘按键“4”被按下，使用空范围的漫水填充

case '4':

cout << "按键“4”被按下，使用空范围的漫水填充\n";

g_nFillMode = 0;

break;

//如果键盘按键“5”被按下，使用渐变、固定范围的漫水填充

case '5':

cout << "按键“5”被按下，使用渐变、固定范围的漫水填充\n";

g_nFillMode = 1;

break;

//如果键盘按键“6”被按下，使用渐变、浮动范围的漫水填充

case '6':

cout << "按键“6”被按下，使用渐变、浮动范围的漫水填充\n";

g_nFillMode = 2;

break;

//如果键盘按键“7”被按下，操作标志符的低八位使用4位的连接模式

case '7':

cout << "按键“7”被按下，操作标志符的低八位使用4位的连接模式\n";

g_nConnectivity = 4;

break;

//如果键盘按键“8”被按下，操作标志符的低八位使用8位的连接模式

case '8':

cout << "按键“8”被按下，操作标志符的低八位使用8位的连接模式\n";

g_nConnectivity = 8;

break;

}

}

return 0;

}