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基于opencv的影像拼接

2021-11-05 09:14:17 其他

基于opencv的影像拼接

問題

自動控制創新實踐要求合并多機器人的slam地圖,既合并有重疊部分的兩張或多張圖片, 比如說下面兩張圖片

請添加圖片描述

1. 特征檢測

使用SIFT演算法進行特征檢測,得到特征圖

請添加圖片描述

2.對特征進行K近鄰演算法進行匹配

得到匹配結果

請添加圖片描述

3. 計算其中一張圖的透視針對另一張圖的透視變換

  • 由于無法提前知道兩張圖片的位置關系,對于透視變換,可能圖片會映射到整個選取區域的左邊,這樣的話,無法正常顯示圖片,因此,要對透視變換后的圖片進行面積檢查,如果比原來的圖片面積小太多,就用另一張圖片來進行透視變換
    """
    計算兩張圖的透視關系
    """
    matchCount = len(matches)
    M = getHomography(kpsA, kpsB, matches, reprojThresh=4)
    if M is None:
        print("Error!")
    (matches, H, status) = M
    """
    將圖片A進行透視變換并檢查圖片位置
    """
    result = cv2.warpPerspective(imageA, H, ((imageA.shape[1] + imageB.shape[1])*2, (imageA.shape[0] + imageB.shape[0]) * 2))
    resultAfterCut = cutBlack(result)
    
    # 檢查圖片位置
    if np.size(resultAfterCut) < np.size(imageA) * 0.95:
        print("圖片位置不對,將自動調換")
        # 調換圖片
        kpsA,kpsB = swap(kpsA, kpsB)
        imageA, imageB = swap(imageA, imageB)
        if feature_matching == 'bf':
            matches = matchKeyPointsBF(featuresB, featuresA, method=feature_extractor)
        elif feature_matching == 'knn':
            matches = matchKeyPointsKNN(featuresB, featuresA, ratio=0.75, method=feature_extractor)
            if len(matches) < 10:
                return None
        matchCount = len(matches)
        M = getHomography(kpsA, kpsB, matches, reprojThresh=4)
        if M is None:
            print("Error!")
        (matches, H, status) = M
    

4. 合并圖片,大功告成

得到結果圖,合并效果很完美

請添加圖片描述

試試其他圖片

  1. 圖片1
    在這里插入圖片描述
    融合效果很棒
  2. 圖片二
    在這里插入圖片描述這張圖透視就有點過

如何進行多張圖片的合并

很簡單,反復呼叫合并兩張圖片就行,但是有些細節問題,無法提前得知多張圖片的位置,先合并哪個?

既然我們有特征匹配環節,優先合并匹配特征數多的就行,

多張圖片的效果圖

第一個迷宮圖,在百度圖片隨便找的

請添加圖片描述

第二個slam地圖,用的是fr079資料集

請添加圖片描述

效果還行,

完整代碼

  • 代碼已同步到github:https://github.com/799034552/concat_pic

注釋很詳細,不用怕看不懂

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import math
from numpy.core.defchararray import array

# ================================================================== #
#                     選擇特征提取器函式                             
# ================================================================== #
def detectAndDescribe(image, method=None):
    assert method is not None, "You need to define a feature detection method. Values are: 'sift', 'surf'"
    if method == 'sift':
        descriptor = cv2.xfeatures2d.SIFT_create()
    elif method == 'surf':
        descriptor = cv2.xfeatures2d.SURF_create()
    elif method == 'brisk':
        descriptor = cv2.BRISK_create()
    elif method == 'orb':
        descriptor = cv2.ORB_create()
    (kps, features) = descriptor.detectAndCompute(image, None)
    return (kps, features)
# ================================================================== #
#                     暴力檢測函式                             
# ================================================================== #
def matchKeyPointsBF(featuresA, featuresB, method):
    bf = createMatcher(method, crossCheck=True)
    best_matches = bf.match(featuresA,featuresB)
    rawMatches = sorted(best_matches, key = lambda x:x.distance)
    print("Raw matches (Brute force):", len(rawMatches))
    return rawMatches
# ================================================================== #
#                     使用knn檢測函式                            
# ================================================================== #
def matchKeyPointsKNN(featuresA, featuresB, ratio, method):
    bf = createMatcher(method, crossCheck=False)
    rawMatches = bf.knnMatch(featuresA, featuresB, 2)
    # print("Raw matches (knn):", len(rawMatches))
    matches = []
    for m,n in rawMatches:
        if m.distance < n.distance * ratio:
            matches.append(m)
    # print(f"knn匹配的特征點數量:{len(matches)}")
    return matches
# ================================================================== #
#                                                  
# ================================================================== #
def createMatcher(method,crossCheck):
    "Create and return a Matcher Object"
    if method == 'sift' or method == 'surf':
        bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_L2, crossCheck=crossCheck)
    elif method == 'orb' or method == 'brisk':
        bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=crossCheck)
    return bf
# ================================================================== #
#                     計算關鍵點的透視關系                     
# ================================================================== #
def getHomography(kpsA, kpsB, matches, reprojThresh):
    # convert the keypoints to numpy arrays
    kpsA = np.float32([kp.pt for kp in kpsA])
    kpsB = np.float32([kp.pt for kp in kpsB])
    if len(matches) > 4:
        # construct the two sets of points
        ptsA = np.float32([kpsA[m.queryIdx] for m in matches])
        ptsB = np.float32([kpsB[m.trainIdx] for m in matches])
        
        # estimate the homography between the sets of points
        (H, status) = cv2.findHomography(ptsA, ptsB, cv2.RANSAC,
            reprojThresh)
        return (matches, H, status)
    else:
        return None
# ================================================================== #
#                     去除影像黑邊                     
# ================================================================== #
def cutBlack(pic):
    rows, cols = np.where(pic[:,:,0] !=0)
    min_row, max_row = min(rows), max(rows) +1
    min_col, max_col = min(cols), max(cols) +1
    return pic[min_row:max_row,min_col:max_col,:]
# ================================================================== #
#                     調換                     
# ================================================================== #
def swap(a, b):
    return b,a
# ================================================================== #
#                     主要的函式
#                合并兩張圖(合并多張圖基于此函式)                          
# ================================================================== #
def handle(path1, path2, isShow = False):
    """
    定義超引數
    """
    feature_extractor = 'sift'
    feature_matching = 'knn'
    """
    讀取原始影像
    """
    if isinstance(path2,str):
        imageA = cv2.imread(path2)
        imageA = cv2.cvtColor(imageA,cv2.COLOR_BGR2RGB)
    else:
        imageA = path2
    imageA_gray = cv2.cvtColor(imageA, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
    if isinstance(path1,str):
        imageB = cv2.imread(path1)
        imageB = cv2.cvtColor(imageB,cv2.COLOR_BGR2RGB)
    else:
        imageB = path1
    t = np.size(imageB)
    imageB_gray = cv2.cvtColor(imageB, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
    """
    顯示輸入的兩張圖片
    """
    if isShow:
        f = plt.figure(figsize=(10,4))
        f.add_subplot(1,2,1)
        plt.title("imageB")
        plt.imshow(imageB)
        plt.xticks([]),plt.yticks([])
        f.add_subplot(1,2,2)
        plt.title("imageA")
        plt.imshow(imageA)
        plt.xticks([]),plt.yticks([])
    """
    提取兩證圖片的特征
    """
    kpsA, featuresA = detectAndDescribe(imageA_gray, method=feature_extractor)
    kpsB, featuresB = detectAndDescribe(imageB_gray, method=feature_extractor)
    """
    顯示關鍵點
    """
    if isShow:
        fig, (ax1,ax2) = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(10,4), constrained_layout=False)
        ax1.imshow(cv2.drawKeypoints(imageA_gray,kpsA,None,color=(0,255,0)))
        ax1.set_xlabel("(a)key point", fontsize=14)
        ax2.imshow(cv2.drawKeypoints(imageB_gray,kpsB,None,color=(0,255,0)))
        ax2.set_xlabel("(b)key point", fontsize=14)

    """
    進行特征匹配
    """
    if feature_matching == 'bf':
        matches = matchKeyPointsBF(featuresA, featuresB, method=feature_extractor)
        img3 = cv2.drawMatches(imageA,kpsA,imageB,kpsB,matches[:100],
                            None,flags=cv2.DrawMatchesFlags_NOT_DRAW_SINGLE_POINTS)
    elif feature_matching == 'knn':
        matches = matchKeyPointsKNN(featuresA, featuresB, ratio=0.75, method=feature_extractor)
        if len(matches) < 10:
            return None
        img3 = cv2.drawMatches(imageA,kpsA,imageB,kpsB,np.random.choice(matches,100),
                            None,flags=cv2.DrawMatchesFlags_NOT_DRAW_SINGLE_POINTS)
    """
    匹配的特征展示
    """
    if isShow:
        fig = plt.figure(figsize=(10,4))
        plt.imshow(img3)
        plt.title("feature match")
        plt.axis('off')
    """
    計算兩張圖的透視關系
    """
    matchCount = len(matches)
    M = getHomography(kpsA, kpsB, matches, reprojThresh=4)
    if M is None:
        print("Error!")
    (matches, H, status) = M
    """
    將圖片A進行透視變換并檢查圖片位置
    """
    result = cv2.warpPerspective(imageA, H, ((imageA.shape[1] + imageB.shape[1])*2, (imageA.shape[0] + imageB.shape[0]) * 2))
    resultAfterCut = cutBlack(result)
    
    # 檢查圖片位置
    if np.size(resultAfterCut) < np.size(imageA) * 0.95:
        print("圖片位置不對,將自動調換")
        # 調換圖片
        kpsA,kpsB = swap(kpsA, kpsB)
        imageA, imageB = swap(imageA, imageB)
        if feature_matching == 'bf':
            matches = matchKeyPointsBF(featuresB, featuresA, method=feature_extractor)
        elif feature_matching == 'knn':
            matches = matchKeyPointsKNN(featuresB, featuresA, ratio=0.75, method=feature_extractor)
            if len(matches) < 10:
                return None
        matchCount = len(matches)
        M = getHomography(kpsA, kpsB, matches, reprojThresh=4)
        if M is None:
            print("Error!")
        (matches, H, status) = M
        result = cv2.warpPerspective(imageA, H, ((imageA.shape[1] + imageB.shape[1])*2, (imageA.shape[0] + imageB.shape[0]) * 2))
    """
    合并圖片
    """
    # cv2.imshow("Perspective transformation", result)
    # cv2.waitKey(0)
    result[0:imageB.shape[0], 0:imageB.shape[1]] = np.maximum(imageB, result[0:imageB.shape[0], 0:imageB.shape[1]]) 
    result = cutBlack(result)
    return result, matchCount
# ================================================================== #
#                     合并多張圖                   
# ================================================================== #
def handleMulti(*args, isShow = False):
    print(isShow)
    l = len(args)
    if isShow:
        row = math.ceil(l / 3)
        
        f = plt.figure(figsize=(10, 4))
        for i in range(l):
            f.add_subplot(row, 3, i + 1)
            plt.title(f"image({i+1})")
            plt.axis("off")
            plt.imshow(cv2.cvtColor(cv2.imread(args[i]), cv2.COLOR_BGR2RGB))
    assert(l > 1)
    isHandle = [0 for i in range(l - 1)]
    nowPic = args[0]
    args = args[1:]
    for j in range(l - 1):
        isHas = False # 在一輪中是否找到
        matchCountList = []
        resultList = []
        indexList = []
        for i in range(l - 1):
            if (isHandle[i] == 1):
                continue
            result, matchCount = handle(nowPic, args[i])
            if not result is None:
                matchCountList.append(matchCount)
                resultList.append(result)
                indexList.append(i)
                isHas = True
        if not isHas: # 一輪找完都沒有可以合并的
            return None
        else:
            index = matchCountList.index(max(matchCountList))
            nowPic = resultList[index]
            isHandle[indexList[index]] = 1
            print(f"合并第{indexList[index] + 2}個")
            # cv2.imshow("temp", nowPic)
            # cv2.waitKey(0)
    return nowPic

# ================================================================== #
#                     主函式                   
# ================================================================== #
if __name__ == "__main__":
    """
    處理兩張圖,可以列印特征點與對應關系
    """
    result, _ = handle("./input/222.png", "./input/111.png", isShow=True)
    if not result is None:
        cv2.imshow("result", result[:, :, [2, 1, 0]])
        plt.show()
        cv2.waitKey(0)
    else:
        print("沒有找到對應特征點,無法合并")
    exit()

    """
    處理多張圖,不可以列印特征點與對應關系
    """
    # result = handleMulti(
    #                     "./input/migong (1).png",
    #                     "./input/migong (2).png",
    #                     "./input/migong (3).png",
    #                      isShow=True)
    # result = handleMulti("./input/111.png", "./input/222.png","./input/333.png", isShow=True)
    # result = handleMulti("./input/foto7A.jpg", "./input/foto7B.jpg") #合并的不好的圖
    result = handleMulti("./input/intel_lab (1).png",
                        "./input/intel_lab (2).png",
                        "./input/intel_lab (3).png",
                        "./input/intel_lab (4).png",
                        "./input/intel_lab (5).png",
                        "./input/intel_lab (6).png",
                        isShow=True)
    if not result is None:
        cv2.imshow("result", result[:, :, [2, 1, 0]])
        plt.show()
        cv2.waitKey(0)
    else:
        print("沒有找到對應特征點,無法合并")

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    我學到了以下幾點 01Linux系統介紹02系統安裝,密碼啊破解03Linux常用命令04LAMP 01LINUX windows: win03 8 12 16 19 配置不繁瑣 Linux:redhat,centos(紅帽社區版),Ubuntu server,suse unix:金融機構,證券,銀 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:30 more
  • 05HTML

    01HTML介紹 02頭部標簽講解03基礎標簽講解04表單標簽講解 HTML前段語言 js1.了解代碼2.根據代碼 懂得挖掘漏洞 (POST注入/XSS漏洞上傳)3.黑帽seo 白帽seo 客戶網站被黑帽植入劫持代碼如何處理4.熟悉html表單 <html><head><title>TDK標題,描述 ......

    uj5u.com 2020-09-10 02:04:36 more
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  • 2023年最新微信小程式抓包教程

    01 開門見山 隔一個月發一篇文章,不過分。 首先回顧一下《微信系結手機號資料庫被脫庫事件》,我也是第一時間得知了這個訊息,然后跟蹤了整件事情的經過。下面是這起事件的相關截圖以及近日流出的一萬條資料樣本: 個人認為這件事也沒什么,還不如關注一下之前45億快遞資料查詢渠道疑似在近日復活的訊息。 訊息是 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:48:24 more
  • web3 產品介紹:metamask 錢包 使用最多的瀏覽器插件錢包

    Metamask錢包是一種基于區塊鏈技術的數字貨幣錢包,它允許用戶在安全、便捷的環境下管理自己的加密資產。Metamask錢包是以太坊生態系統中最流行的錢包之一,它具有易于使用、安全性高和功能強大等優點。 本文將詳細介紹Metamask錢包的功能和使用方法。 一、 Metamask錢包的功能 數字資 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:47:46 more
  • vulnhub_Earth

    前言 靶機地址->>>vulnhub_Earth 攻擊機ip:192.168.20.121 靶機ip:192.168.20.122 參考文章 https://www.cnblogs.com/Jing-X/archive/2022/04/03/16097695.html https://www.cnb ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:46:20 more
  • 從4k到42k,軟體測驗工程師的漲薪史,給我看哭了

    清明節一過,盲猜大家已經無心上班,在數著日子準備過五一,但一想到銀行卡里的余額……瞬間心情就不美麗了。最近,2023年高校畢業生就業調查顯示,本科畢業月平均起薪為5825元。調查一出,便有很多同學表示自己又被平均了。看著這一資料,不免讓人想到前不久中國青年報的一項調查:近六成大學生認為畢業10年內會 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:44:00 more
  • 最新版本 Stable Diffusion 開源 AI 繪畫工具之中文自動提詞篇

    🎈 標簽生成器 由于輸入正向提示詞 prompt 和反向提示詞 negative prompt 都是使用英文,所以對學習母語的我們非常不友好 使用網址:https://tinygeeker.github.io/p/ai-prompt-generator 這個網址是為了讓大家在使用 AI 繪畫的時候 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:36 more
  • 漫談前端自動化測驗演進之路及測驗工具分析

    隨著前端技術的不斷發展和應用程式的日益復雜,前端自動化測驗也在不斷演進。隨著 Web 應用程式變得越來越復雜,自動化測驗的需求也越來越高。如今,自動化測驗已經成為 Web 應用程式開發程序中不可或缺的一部分,它們可以幫助開發人員更快地發現和修復錯誤,提高應用程式的性能和可靠性。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:16 more
  • CANN開發實踐:4個DVPP記憶體問題的典型案例解讀

    摘要:由于DVPP媒體資料處理功能對存放輸入、輸出資料的記憶體有更高的要求(例如,記憶體首地址128位元組對齊),因此需呼叫專用的記憶體申請介面,那么本期就分享幾個關于DVPP記憶體問題的典型案例,并給出原因分析及解決方法。 本文分享自華為云社區《FAQ_DVPP記憶體問題案例》,作者:昇騰CANN。 DVPP ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:43:03 more
  • msf學習

    msf學習 以kali自帶的msf為例 一、msf核心模塊與功能 msf模塊都放在/usr/share/metasploit-framework/modules目錄下 1、auxiliary 輔助模塊,輔助滲透(埠掃描、登錄密碼爆破、漏洞驗證等) 2、encoders 編碼器模塊,主要包含各種編碼 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:59 more
  • Halcon軟體安裝與界面簡介

    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:42:17 more
  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more