全流程机器视觉工程开发（三）任务前瞻 - 从opencv的安装编译说起，到图像增强和分割

前言

最近开始做这个裂缝识别的任务了，大大小小的问题我已经摸得差不多了，然后关于识别任务和分割任务我现在也弄的差不多了。

现在开始做正式的业务，也就是我们说的裂缝识别的任务。作为前言，先来说说场景：

现在相机返回过来的照片：

1. 都是jpeg格式的照片，当然也可能是别的格式，目前主流是jpeg格式
2. 大小约为11mb-14mb左右
3. 图片大小为5120x5120

我们现在如果说想直接使用这个图片来进行图片识别的话，会有很多的问题。其中最主要的问题就是图片实在是过大，5120x5120的图片会导致图片不论是训练还是推理期都太长了，并且为了更好地处理图片，我们都会要求图片的训练期和推断图片都必须是比较小的，这样才有利于我们后续不论是实例分割还是目标识别任务。

目标

前言说了，我们的目标主要是两个，那就是

1. 将现有图片分割成1280 * 1280 的小块。
   
   为什么这么做？因为我们的图片边界刚好是5120，5120 / 4 = 1280，也就是说我们要把原先一张照片切成 4 * 4 = 16块

2. 将现有图片全部增亮
   
   这里需要注意一点，就是在增亮图片的同时，不能让图片过曝。这里我们需要做一点特殊的处理，下文中会说。

准备

既然有了目标，那么我们就来一步步写实现。这里因为我们后续要使用opencv等各种库，所以从现在开始我们所有的c++项目统一使用cmake管理。

那么在正式开始之前，我们需要准备opencv环境

这里可以参考以下文章

windows下安装Visual Studio + CMake+OpenCV + OpenCV contrib+TensorRT

有关cmake编译与安装opencv的内容，我觉得是比较中肯的，这里因为我已经安装好了opencv，就不再重复这个内容了。

那么现在默认就是大伙已经安装上了opencv 了，那么我这里就开始写图像分割和增强了。

首先使用vs 2022新建一个cmake项目：

创建完毕后，打开cmake gui程序

这里我使用vs 2022来编译和管理这个项目，点击configure，然后再点击gernerate，这样一个空项目就被我编辑出来了，就在我们的build目录下

点击Lev_PictureManager.sln进入项目管理。

当然了，我这里开发的这个工程是需要以后去做移植的，所以肯定是做成dll的，这个有关图形的库后续我也会做一些更新，相当于是一个自己的小工具箱，所以为了更好的使用这里需要修改一下 cmake 工程

Lev_PictureManager的CMakeList.txt改成这样，每一条为什么这么改我都写在了注释里面，可以看看

# CMakeList.txt: Lev_PictureManager 的 CMake 项目，在此处包括源代码并定义
# 项目特定的逻辑。
#
#如果环境变量中没有声明opencv的路径则需要加上这一条，如果加上了则无所谓
set(OpenCV_DIR C:\\Program Files (x86)\\opencv\\build)
#找到opencv 的 package
find_package(OpenCV REQUIRED)
#引入opencv的头文件
include_directories(${OpenCV_INCLUDE_DIRS})
#导出windows下的.lib静态链接库用以链接符号
set(WINDOWS_EXPORT_ALL_SYMBOLS ON)
# 导出为动态链接库的形式
add_library (Lev_PictureManager SHARED "Lev_PictureManager.cpp" "Lev_PictureManager.h")
#链接到opencv的.lib文件
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} ${OpenCV_LIBRARIES})

if (CMAKE_VERSION VERSION_GREATER 3.12)
  set_property(TARGET Lev_PictureManager PROPERTY CXX_STANDARD 20)
endif()

# TODO: 如有需要，请添加测试并安装目标。

接下来在项目中编译一下这个CMakeList.txt，再尝试在头文件中引入

#include "opencv2/opencv.hpp"

如果引入成功，则说明调用是成功的，接下来就可以进入正式的 编码阶段了

流程

我们之前说的有两个内容，一个是切分图片，一个是提升亮度

切分图片

切分图片的话，主要是用到了opencv的Rect来对roi切分，具体思路见下代码：

	std::vector<cv::Mat> splitImage(const cv::Mat& inputImage, int rows, int cols) {
		std::vector<cv::Mat> subImages;

		int subImageWidth = inputImage.cols / cols;
		int subImageHeight = inputImage.rows / rows;

		for (int y = 0; y < rows; ++y) {
			for (int x = 0; x < cols; ++x) {
				// 定义矩形区域，切分图像
				cv::Rect roi(x * subImageWidth, y * subImageHeight, subImageWidth, subImageHeight);

				// 获取子图像
				cv::Mat subImage = inputImage(roi).clone();

				// 添加到结果集
				subImages.push_back(subImage);
			}
		}

		return subImages;
	}

修改亮度

	cv::Mat enhanceBrightnessImage(const cv::Mat& image) {
		// 转换为YUV颜色空间
		cv::Mat imgYUV;
		cv::cvtColor(image, imgYUV, cv::COLOR_BGR2YUV);

		// 应用CLAHE到Y通道(YUV中的Y代表亮度)
		cv::Ptr<cv::CLAHE> clahe = cv::createCLAHE(2.0, cv::Size(8, 8));
		clahe->apply(0, imgYUV);  // 修正此行代码

		// 将结果转换回BGR格式
		cv::Mat imgOutput;
		cv::cvtColor(imgYUV, imgOutput, cv::COLOR_YUV2BGR);

		return imgOutput;
	}

项目整体代码如下：

头文件Lev_PictureManager.h

// Lev_PictureManager.h: 标准系统包含文件的包含文件
// 或项目特定的包含文件。

#pragma once

#include <iostream>
// TODO: 在此处引用程序需要的其他标头。
#include "filesystem"
#include "opencv2/opencv.hpp"

namespace Lev_PictureManager {
	/// <summary>
	/// 判断文件后缀是否为支持的图片
	/// </summary>
	/// <param name="extension">传入后缀，支持输入.jpg .png .jpeg</param>
	/// <returns>是否支持</returns>
	bool isImageFileExtend(const std::string extension);
	/// <summary>
	/// 缩放图片大小到指定大小
	/// </summary>
	/// <param name="insertPath">输入图片的绝对路径，包括图片名称</param>
	/// <param name="outputPath">输出图片的绝对路径，包括图片名称</param>
	/// <param name="tar_width">目标缩放宽度</param>
	/// <param name="tar_height">目标缩放高度</param>
	/// <returns>成功与否</returns>
	bool ResizeSingleImage(const std::string& insert_picture, const std::string& output_path, int tar_width, int tar_height);

	/// <summary>
	/// 将指定图片路径输入，导到指定目录中去
	/// </summary>
	/// <param name="insert_picture">输入图片路径</param>
	/// <param name="output_path">输出分裂图片的路径</param>
	/// <param name="row">指定切分行数</param>
	/// <param name="col">指定切分列数</param>
	/// <param name="suffix">后缀，默认是_，不同的图片会在指定后缀后，加上row-col的后缀比如 test_1-12.jpeg</param>
	/// <returns>是否切分成功</returns>
	bool TearPicture(const std::string& insert_picture, const std::string& output_path, int row, int col,const std::string& suffix);

	/// <summary>
	/// 调整图片亮度到最佳
	/// </summary>
	/// <param name="input_picture">输入图片的路径</param>
	/// <param name="output_path">图片输出路径</param>
	/// <returns></returns>
	bool adjustBrightness(const std::string& input_picture, const std::string& output_path);

}

Lev_PictureManager.cpp

// Lev_PictureManager.cpp: 定义应用程序的入口点。
//

#include "Lev_PictureManager.h"
using namespace std;
namespace fs = std::filesystem;
//使用命名空间是一种美德:D
namespace Lev_PictureManager {
	bool isImageFileExtend(const std::string extension){
		// 在这里添加你需要支持的图片格式的判断条件
		return extension == ".jpg" || extension == ".png" || extension == ".jpeg";
	}

	bool ResizeSingleImage(const std::string& insertPath, const std::string& outputPath, int tar_width, int tar_height) {
		cv::Mat originalImage = cv::imread(cv::String(insertPath), cv::IMREAD_COLOR);
		cv::String outString = cv::String(outputPath);
		if (originalImage.empty()) {
			std::cerr << "Failed to open image!" << std::endl;
			return false;
		}

		// 获取原始图像的宽高
		int originalWidth = originalImage.cols;
		int originalHeight = originalImage.rows;

		// 计算缩放比例
		double scaleWidth = static_cast<double>(tar_width) / originalWidth;
		double scaleHeight = static_cast<double>(tar_height) / originalHeight;

		// 使用 resize 函数进行缩放
		cv::Mat resizedImage;
		cv::resize(originalImage, resizedImage, cv::Size(), scaleWidth, scaleHeight, cv::INTER_LINEAR);

		// 保存压缩后的图像
		if (!cv::imwrite(outString, resizedImage)) return false;
		return true;
	}

	std::vector<cv::Mat> splitImage(const cv::Mat& inputImage, int rows, int cols) {
		std::vector<cv::Mat> subImages;

		int subImageWidth = inputImage.cols / cols;
		int subImageHeight = inputImage.rows / rows;

		for (int y = 0; y < rows; ++y) {
			for (int x = 0; x < cols; ++x) {
				// 定义矩形区域，切分图像
				cv::Rect roi(x * subImageWidth, y * subImageHeight, subImageWidth, subImageHeight);

				// 获取子图像
				cv::Mat subImage = inputImage(roi).clone();

				// 添加到结果集
				subImages.push_back(subImage);
			}
		}

		return subImages;
	}
	bool TearPicture(const std::string& insert_picture, const std::string& output_path, int row, int col, const std::string& suffix)
	{
		//判断输入图片是否是支持的文件
		fs::path insertPath(insert_picture);
		if(!fs::is_regular_file(insertPath)) return false;
		if(!isImageFileExtend(insertPath.extension().string())) return false;

		//不带后缀的后缀名
		std::string insert_picture_name = insertPath.stem().string();

		//将图片切分成vector
		cv::Mat mat_insert = cv::imread(insert_picture);

		std::vector<cv::Mat> vec_ret = splitImage(mat_insert, row, col);

		//将vector中的图片保存到指定路径
		for (int i = 0; i < row; ++i) {
			for (int j = 0; j < col; ++j) {
				std::string output_name = output_path + "/" + insert_picture_name + "_" + std::to_string(i) + "-" + std::to_string(j) + "." + suffix;
				if (!cv::imwrite(output_name, vec_ret[i + j])) return false;
			}
		}

		return true;
	}

	cv::Mat enhanceBrightnessImage(const cv::Mat& image) {
		// 转换为YUV颜色空间
		cv::Mat imgYUV;
		cv::cvtColor(image, imgYUV, cv::COLOR_BGR2YUV);

		// 应用CLAHE到Y通道(YUV中的Y代表亮度)
		cv::Ptr<cv::CLAHE> clahe = cv::createCLAHE(2.0, cv::Size(8, 8));
		clahe->apply(0, imgYUV);  // 修正此行代码

		// 将结果转换回BGR格式
		cv::Mat imgOutput;
		cv::cvtColor(imgYUV, imgOutput, cv::COLOR_YUV2BGR);

		return imgOutput;
	}

	bool adjustBrightness(const std::string& input_picture, const std::string& output_path)
	{
		//判断输入图片是否是支持的文件
		fs::path insertPath(input_picture);
		if (!fs::is_regular_file(insertPath)) return false;
		if (!isImageFileExtend(insertPath.extension().string())) return false;

		std::string input_filename = insertPath.filename().string();
		std::string output_filename = output_path + "/" + input_filename;
		cv::Mat mat_input = cv::imread(input_picture);
		cv::Mat mat_output = enhanceBrightnessImage(mat_input);

		if (!cv::imwrite(output_filename, mat_output)) return false;
		return true;
	}

}

完整工程（带Demo）见本人Github:

LeventureQys/Lev_PictureManager