GrabCut--Opencv篇
最近因为工作需要,需要实现一个Grabcut函数。Opencv已经提供此函数,今天把opencv的例程拿出来跑了一下,对于简单的背景实现效果还不错。
OpenCV中的GrabCut算法是依据《"GrabCut" - Interactive Foreground Extraction using Iterated Graph Cuts》这篇文章来实现的。
此论文地址为:http://research.microsoft.com/en-us/um/people/ablake/papers/ablake/siggraph04.pdf
下面是Opencv中GrabCut函数调用事例。
- #include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
- #include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
- #include <iostream>
- using namespace std;
- using namespace cv;
- static void help()
- {
- cout << "\nThis program demonstrates GrabCut segmentation -- select an object in a region\n"
- "and then grabcut will attempt to segment it out.\n"
- "Call:\n"
- "./grabcut <image_name>\n"
- "\nSelect a rectangular area around the object you want to segment\n" <<
- "\nHot keys: \n"
- "\tESC - quit the program\n"
- "\tr - restore the original image\n"
- "\tn - next iteration\n"
- "\n"
- "\tleft mouse button - set rectangle\n"
- "\n"
- "\tCTRL+left mouse button - set GC_BGD pixels\n"
- "\tSHIFT+left mouse button - set CG_FGD pixels\n"
- "\n"
- "\tCTRL+right mouse button - set GC_PR_BGD pixels\n"
- "\tSHIFT+right mouse button - set CG_PR_FGD pixels\n" << endl;
- }
- const Scalar RED = Scalar(0,0,255);
- const Scalar PINK = Scalar(230,130,255);
- const Scalar BLUE = Scalar(255,0,0);
- const Scalar LIGHTBLUE = Scalar(255,255,160);
- const Scalar GREEN = Scalar(0,255,0);
- const int BGD_KEY = CV_EVENT_FLAG_CTRLKEY; //Ctrl键
- const int FGD_KEY = CV_EVENT_FLAG_SHIFTKEY; //Shift键
- static void getBinMask( const Mat& comMask, Mat& binMask )
- {
- if( comMask.empty() || comMask.type()!=CV_8UC1 )
- CV_Error( CV_StsBadArg, "comMask is empty or has incorrect type (not CV_8UC1)" );
- if( binMask.empty() || binMask.rows!=comMask.rows || binMask.cols!=comMask.cols )
- binMask.create( comMask.size(), CV_8UC1 );
- binMask = comMask & 1; //得到mask的最低位,实际上是只保留确定的或者有可能的前景点当做mask
- }
- class GCApplication
- {
- public:
- enum{ NOT_SET = 0, IN_PROCESS = 1, SET = 2 };
- static const int radius = 2;
- static const int thickness = -1;
- void reset();
- void setImageAndWinName( const Mat& _image, const string& _winName );
- void showImage() const;
- void mouseClick( int event, int x, int y, int flags, void* param );
- int nextIter();
- int getIterCount() const { return iterCount; }
- private:
- void setRectInMask();
- void setLblsInMask( int flags, Point p, bool isPr );
- const string* winName;
- const Mat* image;
- Mat mask;
- Mat bgdModel, fgdModel;
- uchar rectState, lblsState, prLblsState;
- bool isInitialized;
- Rect rect;
- vector<Point> fgdPxls, bgdPxls, prFgdPxls, prBgdPxls;
- int iterCount;
- };
- /*给类的变量赋值*/
- void GCApplication::reset()
- {
- if( !mask.empty() )
- mask.setTo(Scalar::all(GC_BGD));
- bgdPxls.clear(); fgdPxls.clear();
- prBgdPxls.clear(); prFgdPxls.clear();
- isInitialized = false;
- rectState = NOT_SET; //NOT_SET == 0
- lblsState = NOT_SET;
- prLblsState = NOT_SET;
- iterCount = 0;
- }
- /*给类的成员变量赋值而已*/
- void GCApplication::setImageAndWinName( const Mat& _image, const string& _winName )
- {
- if( _image.empty() || _winName.empty() )
- return;
- image = &_image;
- winName = &_winName;
- mask.create( image->size(), CV_8UC1);
- reset();
- }
- /*显示4个点,一个矩形和图像内容,因为后面的步骤很多地方都要用到这个函数,所以单独拿出来*/
- void GCApplication::showImage() const
- {
- if( image->empty() || winName->empty() )
- return;
- Mat res;
- Mat binMask;
- if( !isInitialized )
- image->copyTo( res );
- else
- {
- getBinMask( mask, binMask );
- image->copyTo( res, binMask ); //按照最低位是0还是1来复制,只保留跟前景有关的图像,比如说可能的前景,可能的背景
- }
- vector<Point>::const_iterator it;
- /*下面4句代码是将选中的4个点用不同的颜色显示出来*/
- for( it = bgdPxls.begin(); it != bgdPxls.end(); ++it ) //迭代器可以看成是一个指针
- circle( res, *it, radius, BLUE, thickness );
- for( it = fgdPxls.begin(); it != fgdPxls.end(); ++it ) //确定的前景用红色表示
- circle( res, *it, radius, RED, thickness );
- for( it = prBgdPxls.begin(); it != prBgdPxls.end(); ++it )
- circle( res, *it, radius, LIGHTBLUE, thickness );
- for( it = prFgdPxls.begin(); it != prFgdPxls.end(); ++it )
- circle( res, *it, radius, PINK, thickness );
- /*画矩形*/
- if( rectState == IN_PROCESS || rectState == SET )
- rectangle( res, Point( rect.x, rect.y ), Point(rect.x + rect.width, rect.y + rect.height ), GREEN, 2);
- IplImage pImg= IplImage(res);
- IplImage *img=&pImg;
- cvShowImage(winName->c_str(),img);
- //imshow( *winName, res );
- //waitKey(30);
- }
- /*该步骤完成后,mask图像中rect内部是3,外面全是0*/
- void GCApplication::setRectInMask()
- {
- assert( !mask.empty() );
- mask.setTo( GC_BGD ); //GC_BGD == 0
- rect.x = max(0, rect.x);
- rect.y = max(0, rect.y);
- rect.width = min(rect.width, image->cols-rect.x);
- rect.height = min(rect.height, image->rows-rect.y);
- (mask(rect)).setTo( Scalar(GC_PR_FGD) ); //GC_PR_FGD == 3,矩形内部,为可能的前景点
- }
- void GCApplication::setLblsInMask( int flags, Point p, bool isPr )
- {
- vector<Point> *bpxls, *fpxls;
- uchar bvalue, fvalue;
- if( !isPr ) //确定的点
- {
- bpxls = &bgdPxls;
- fpxls = &fgdPxls;
- bvalue = GC_BGD; //0
- fvalue = GC_FGD; //1
- }
- else //概率点
- {
- bpxls = &prBgdPxls;
- fpxls = &prFgdPxls;
- bvalue = GC_PR_BGD; //2
- fvalue = GC_PR_FGD; //3
- }
- if( flags & BGD_KEY )
- {
- bpxls->push_back(p);
- circle( mask, p, radius, bvalue, thickness ); //该点处为2
- }
- if( flags & FGD_KEY )
- {
- fpxls->push_back(p);
- circle( mask, p, radius, fvalue, thickness ); //该点处为3
- }
- }
- /*鼠标响应函数,参数flags为CV_EVENT_FLAG的组合*/
- void GCApplication::mouseClick( int event, int x, int y, int flags, void* )
- {
- // TODO add bad args check
- switch( event )
- {
- case CV_EVENT_LBUTTONDOWN: // set rect or GC_BGD(GC_FGD) labels
- {
- bool isb = (flags & BGD_KEY) != 0,
- isf = (flags & FGD_KEY) != 0;
- if( rectState == NOT_SET && !isb && !isf )//只有左键按下时
- {
- rectState = IN_PROCESS; //表示正在画矩形
- rect = Rect( x, y, 1, 1 );
- }
- if ( (isb || isf) && rectState == SET ) //按下了alt键或者shift键,且画好了矩形,表示正在画前景背景点
- lblsState = IN_PROCESS;
- }
- break;
- case CV_EVENT_RBUTTONDOWN: // set GC_PR_BGD(GC_PR_FGD) labels
- {
- bool isb = (flags & BGD_KEY) != 0,
- isf = (flags & FGD_KEY) != 0;
- if ( (isb || isf) && rectState == SET ) //正在画可能的前景背景点
- prLblsState = IN_PROCESS;
- }
- break;
- case CV_EVENT_LBUTTONUP:
- if( rectState == IN_PROCESS )
- {
- rect = Rect( Point(rect.x, rect.y), Point(x,y) ); //矩形结束
- rectState = SET;
- setRectInMask();
- assert( bgdPxls.empty() && fgdPxls.empty() && prBgdPxls.empty() && prFgdPxls.empty() );
- showImage();
- }
- if( lblsState == IN_PROCESS ) //已画了前后景点
- {
- setLblsInMask(flags, Point(x,y), false); //画出前景点
- lblsState = SET;
- showImage();
- }
- break;
- case CV_EVENT_RBUTTONUP:
- if( prLblsState == IN_PROCESS )
- {
- setLblsInMask(flags, Point(x,y), true); //画出背景点
- prLblsState = SET;
- showImage();
- }
- break;
- case CV_EVENT_MOUSEMOVE:
- if( rectState == IN_PROCESS )
- {
- rect = Rect( Point(rect.x, rect.y), Point(x,y) );
- assert( bgdPxls.empty() && fgdPxls.empty() && prBgdPxls.empty() && prFgdPxls.empty() );
- showImage(); //不断的显示图片
- }
- else if( lblsState == IN_PROCESS )
- {
- setLblsInMask(flags, Point(x,y), false);
- showImage();
- }
- else if( prLblsState == IN_PROCESS )
- {
- setLblsInMask(flags, Point(x,y), true);
- showImage();
- }
- break;
- }
- }
- /*该函数进行grabcut算法,并且返回算法运行迭代的次数*/
- int GCApplication::nextIter()
- {
- if( isInitialized )
- //使用grab算法进行一次迭代,参数2为mask,里面存的mask位是:矩形内部除掉那些可能是背景或者已经确定是背景后的所有的点,且mask同时也为输出
- //保存的是分割后的前景图像
- grabCut( *image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1 );
- else
- {
- if( rectState != SET )
- return iterCount;
- if( lblsState == SET || prLblsState == SET )
- grabCut( *image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1, GC_INIT_WITH_MASK );
- else
- grabCut( *image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1, GC_INIT_WITH_RECT );
- isInitialized = true;
- }
- iterCount++;
- bgdPxls.clear(); fgdPxls.clear();
- prBgdPxls.clear(); prFgdPxls.clear();
- return iterCount;
- }
- GCApplication gcapp;
- static void on_mouse( int event, int x, int y, int flags, void* param )
- {
- gcapp.mouseClick( event, x, y, flags, param );
- }
- int main( int argc, char** argv )
- {
- char filename[]="test.jpg";
- IplImage* pImg = cvLoadImage(filename);
- Mat image(pImg,0);
- if( image.empty() )
- {
- cout << "\n Durn, couldn't read image filename " << filename << endl;
- return 1;
- }
- help();
- const string winName = "image";
- cvNamedWindow( winName.c_str(), CV_WINDOW_AUTOSIZE );
- cvSetMouseCallback( winName.c_str(), on_mouse, 0 );
- gcapp.setImageAndWinName( image, winName );
- gcapp.showImage();
- for(;;)
- {
- int c = cvWaitKey(0);
- switch( (char) c )
- {
- case '\x1b':
- cout << "Exiting ..." << endl;
- goto exit_main;
- case 'r':
- cout << endl;
- gcapp.reset();
- gcapp.showImage();
- break;
- case 'n':
- int iterCount = gcapp.getIterCount();
- cout << "<" << iterCount << "... ";
- int newIterCount = gcapp.nextIter();
- if( newIterCount > iterCount )
- {
- gcapp.showImage();
- cout << iterCount << ">" << endl;
- }
- else
- cout << "rect must be determined>" << endl;
- break;
- }
- }
- exit_main:
- cvDestroyWindow( winName.c_str() );
- return 0;
- }
效果图大概如下:
上三个图依次为原图、标记图片、分割后的照片,还可以继续迭代的分割,除了速度慢点,实现的效果还是非常好的。
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