

# 图像基本操作

## 目标

学习：

* 访问像素值并修改它们
* 访问像素属性
* 设置感兴趣区域（ROI）
* 拆分和合并图像

本节中的几乎所有操作都主要与 Numpy 有关，而不是 Opencv。熟悉 Numpy 后才能使用 Opencv 编写更好的优化代码。

（由于大多数代码都是单行代码，所以示例将在 Python 终端中显示）

## 访问和修改像素值

先来理解一下，图像与一般的矩阵或张量有何不同(不考虑图像的格式，元数据等信息)。首先，一张图像有自己的属性，宽，高，通道数。其中宽和高是我们肉眼可见的属性，而通道数则是图像能呈现色彩的属性。我们都知道，光学三原色是红色，绿色和蓝色，这三种颜色的混合可以形成任意的颜色。常见的图像的像素通道也是对应的R，G，B三个通道，在OpenCV中，每个通道的取值为0～255，。(注：还有RGBA，YCrCb，HSV等其他图像通道表示)。即，一般彩色图像读进内存之后是一个h * w * c的矩阵，其中h为图像高(相当于矩阵的行)，w为图像宽(相当于矩阵列)，c为通道数。

下面我们先加载一副彩色图像，更准确的说，是一副黄色图像，如图所示。

<div align=center>
<img src="../img/yellow.jpg">
</div>

黄色为绿色和红色的混合，所以，该图像的所有像素值都应为R=255，G=255，B=0

```python
>>> import numpy as np
>>> import cv2
>>> img = cv2.imread("img/yellow.jpg")
>>> h,w,c = img.shape
#图像为128*128*3的大小
>>> print(h,w,c)
128 128 3
```
从上面的代码中可以看到，您可以通过行和列坐标访问像素值。注意,对于 常见的RGB 图像，OpenCV的imread函数返回的是一个蓝色(Blue)、绿色(Green)、红色(Red)值的数组，维度大小为3。而对于灰度图像，仅返回相应的强度。

```python
>>> img[100,100]
#OpenCV的读取顺序为B，G，R，由于图像所有像素为黄色，因此，G=255，R=255
array([  0, 255, 255], dtype=uint8)

# 仅访问蓝色通道的像素
>>> blue = img[100,100,0]
>>> print(blue)
0
```
你也可以使用同样的方法来修改像素值

```python
>>> img[100,100] = [255,255,255]
>>> print(img[100,100])
[255 255 255]
```

**警告**

Numpy 是一个用于快速阵列计算的优化库。因此，简单地访问每个像素值并对其进行修改将非常缓慢，并不鼓励这样做。

>**注意**
>上述方法通常用于选择数组的某个区域，比如前 5 行和后 3 列。对于单个像素的访问，可以选择使用 Numpy 数组方法中的 array.item()和 array.itemset()，注意它们的返回值是一个标量。如果需要访问所有的 G、R、B 的值，则需要分别为所有的调用 array.item()。

更好的访问像素和编辑像素的方法：

```python
#访问 红色通道 的值
>>>img.item(10,10,2)
59

#修改 红色通道 的值
>>>img.itemset((10,10,2),100)
>>>img.item(10,10,2)
100
```

## 访问图像属性

图像属性包括行数，列数和通道数，图像数据类型，像素数等。

与一般的numpy.array一样，可以通过 img.shape 访问图像的形状。它返回一组由图像的行、列和通道组成的元组（如果图象是彩色的）：

```python
>>>print(img.shape)
(128,128,3)
```

>**注意**
>如果图像是灰度图像，则返回的元组仅包含行数和列数，因此它是检查加载的图像是灰度图还是彩色图的一种很好的方法。

通过 img.size 访问图像的总像素数：

```python
>>>print(img.size)
562248
```

图像数据类型可以由 img.dtype 获得：

```python
>>>print(img.dtype)
UINT8
```
>**注意**
>img.dtype 在调试时非常重要，因为 OpenCV—Python 代码中的大量错误是由无效的数据类型引起的。

## 图像中的感兴趣区域

有时，您将不得不处理某些图像区域。对于图像中的眼部检测，在整个图像上进行第一次面部检测。当获得面部时，我们单独选择面部区域并在其内部搜索眼部而不是搜索整个图像。它提高了准确性（因为眼睛总是在脸上：D）和性能（因为我们在一个小区域搜索）。

使用 Numpy 索引再次获得 ROI（感兴趣区域）。在这里，我选择球并将其复制到图像中的另一个区域：

```python
>>>ball = img[280:340,330:390]
>>>img[273:333,100:160]
```
检查以下结果：

<div align=center>
<img src="img/roi.jpg">
</div>

## 拆分和合并图像通道

有时您需要在 B，G，R 通道图像上单独工作。在这种情况下，您需要将 BGR 图像分割为单个通道。在其他情况下，您可能需要将这些单独的通道连接到 BGR 图像。您可以通过以下方式完成：
```python
>>>b,g,r = cv.spilt(img)
>>>img = cv.merge((b,g,r))
```
或者使用numpy.array的切片方法

```python
>>>b = img[:,:,0]
```
假设您要将所有红色像素设置为零，则无需先拆分通道。Numpy 索引更快：

```python
>>> img[:,:,2] = 0
```

**警告**

cv.spilt()是一项代价高昂的操作（就时间而言）。所以只有在你需要时才这样做，否则就使用 Numpy 索引。

## 制作图像边界（填充）

如果要在图像周围创建边框，比如相框，可以使用 cv.copyMakeBorder()。但它有更多卷积运算，零填充等应用。该函数采用以下参数：

* src-输入的图像
* top,bottom,left,right-上下左右四个方向上的边界拓宽的值
* borderType-定义要添加的边框类型的标志。它可以是以下类型：
>* [cv.BORDER_CONSTANT](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5aed2e4346047e265c8c5a6d0276dcd838)- 添加一个恒定的彩色边框。该值应作为下一个参数value给出。
>* [cv.BORDER_REFLECT](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5a815c8a89b7cb206dcba14d11b7560f4b)-边框将是边框元素的镜像反射，如下所示：fedcba|abcdefgh|hgfedcb
>* [cv.BORDER_REFLECT_101](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5ab3c5a6143d8120b95005fa7105a10bb4)或者[ cv.BORDER_DEFAULT](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5afe14c13a4ea8b8e3b3ef399013dbae01)-与上面相同，但略有改动，如下所示： gfedcb | abcdefgh | gfedcba
>* [cv.BORDER_REPLICATE ](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5aa1de4cff95e3377d6d0cbe7569bd4e9f)-最后一个元素被复制，如下所示： aaaaaa | abcdefgh | hhhhhhh
>* [cv.BORDER_WRAP](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5a697c1b011884a7c2bdc0e5caf7955661)-不好解释，它看起来像这样： cdefgh | abcdefgh | abcdefg

* value- 如果边框类型为[cv.BORDER_CONSTANT](https://docs.opencv.org/4.0.0/d2/de8/group__core__array.html#gga209f2f4869e304c82d07739337eae7c5aed2e4346047e265c8c5a6d0276dcd838)，则这个值即为要设置的边框颜色

下面是一个示例代码，演示了所有这些边框类型，以便更好地理解：

```python
import cv2 as cv
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
BLUE = [255,0,0]
img1 = cv.imread('opencv-logo.png')
replicate = cv.copyMakeBorder(img1,10,10,10,10,cv.BORDER_REPLICATE)
reflect = cv.copyMakeBorder(img1,10,10,10,10,cv.BORDER_REFLECT)
reflect101 = cv.copyMakeBorder(img1,10,10,10,10,cv.BORDER_REFLECT_101)
wrap = cv.copyMakeBorder(img1,10,10,10,10,cv.BORDER_WRAP)
constant= cv.copyMakeBorder(img1,10,10,10,10,cv.BORDER_CONSTANT,value=BLUE)
plt.subplot(231),plt.imshow(img1,'gray'),plt.title('ORIGINAL')
plt.subplot(232),plt.imshow(replicate,'gray'),plt.title('REPLICATE')
plt.subplot(233),plt.imshow(reflect,'gray'),plt.title('REFLECT')
plt.subplot(234),plt.imshow(reflect101,'gray'),plt.title('REFLECT_101')
plt.subplot(235),plt.imshow(wrap,'gray'),plt.title('WRAP')
plt.subplot(236),plt.imshow(constant,'gray'),plt.title('CONSTANT')
plt.show()
```

请参阅下面的结果。（图像是通过 matplotlib 展示的。因此红色和蓝色通道将互换）：

<div align=center>
<img src="img/border.jpg">
</div>

## 其他资源

## 练习
