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python中的opencv圖像分割與提取的方法

發(fā)布時間：2022-06-02 09:34:58 來源：億速云 閱讀：279 作者：zzz 欄目：開發(fā)技術(shù)

這篇文章主要介紹了python中的opencv圖像分割與提取的方法的相關(guān)知識，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇python中的opencv圖像分割與提取的方法文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

圖像分割與提取

圖像中將前景對象作為目標(biāo)圖像分割或者提取出來。對背景本身并無興趣分水嶺算法及GrabCut算法對圖像進(jìn)行分割及提取。

用分水嶺算法實現(xiàn)圖像分割與提取

分水嶺算法將圖像形象地比喻為地理學(xué)上的地形表面，實現(xiàn)圖像分割，該算法非常有效。

算法原理

任何一幅灰度圖像，都可以被看作是地理學(xué)上的地形表面，灰度值高的區(qū)域可以被看成是山峰，灰度值低的區(qū)域可以被看成是山谷。

左圖是原始圖像，右圖是其對應(yīng)的“地形表面”。

python中的opencv圖像分割與提取的方法

該過程將圖像分成兩個不同的集合：集水盆地和分水嶺線。我們構(gòu)建的堤壩就是分水嶺線，也即對原始圖像的分割。這就是分水嶺算法。

python中的opencv圖像分割與提取的方法

由于噪聲等因素的影響，采用上述基礎(chǔ)分水嶺算法經(jīng)常會得到過度分割的結(jié)果。過度分割會將圖像劃分為一個個稠密的獨立小塊，讓分割失去了意義。為了改善圖像分割效果，人們提出了基于掩模的改進(jìn)的分水嶺算法。改進(jìn)的分水嶺算法允許用戶將他認(rèn)為是同一個分割區(qū)域的部分標(biāo)注出來（被標(biāo)注的部分就稱為掩模）。分水嶺算法在處理時，就會將標(biāo)注的部分處理為同一個分割區(qū)域。

例如：

原始圖像，對其做標(biāo)注處理，其中被標(biāo)注為深色的三個小色塊表示，在使用掩模分水嶺算法時，這些部分所包含的顏色都會被分割在同一個區(qū)域內(nèi)。

python中的opencv圖像分割與提取的方法

相關(guān)函數(shù)介紹

在OpenCV中，可以使用函數(shù)cv2.watershed()實現(xiàn)分水嶺算法。

在具體的實現(xiàn)過程中，還需要借助于形態(tài)學(xué)函數(shù)、距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()、cv2.connectedComponents()來完成圖像分割。

  • 形態(tài)學(xué)函數(shù)
    在使用分水嶺算法對圖像進(jìn)行分割前，需要對圖像進(jìn)行簡單的形態(tài)學(xué)處理。

  • 開運(yùn)算
    開運(yùn)算是先腐蝕、后膨脹的操作，開運(yùn)算能夠去除圖像內(nèi)的噪聲
    在用分水嶺算法處理圖像前，要先使用開運(yùn)算去除圖像內(nèi)的噪聲，以避免噪聲對圖像分割可能造成的干擾。

  • 獲取圖像邊界
    通過形態(tài)學(xué)操作和減法運(yùn)算能夠獲取圖像的邊界。
    使用形態(tài)學(xué)變換，獲取一幅圖像的邊界信息

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
o=cv2.imread("my.bmp", cv2.IMREAD_UNCHANGED)
k=np.ones((5,5), np.uint8)
e=cv2.erode(o, k)
b=cv2.subtract(o, e)
plt.subplot(131)
plt.imshow(o)
plt.axis('off')
plt.subplot(132)
plt.imshow(e)
plt.axis('off')
plt.subplot(133)
plt.imshow(b)
plt.axis('off')
plt.show()

使用形態(tài)學(xué)操作和減法運(yùn)算能夠獲取圖像的邊界信息。但是，形態(tài)學(xué)操作僅適用于比較簡單的圖像。如果圖像內(nèi)的前景對象存在連接的情況，使用形態(tài)學(xué)操作就無法準(zhǔn)確獲取各個子圖像的邊界了。

  • 距離變換函數(shù)distanceTransform
    當(dāng)圖像內(nèi)的各個子圖沒有連接時，可以直接使用形態(tài)學(xué)的腐蝕操作確定前景對象，但是如果圖像內(nèi)的子圖連接在一起時，就很難確定前景對象了
    此時，借助于距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()可以方便地將前景對象提取出來。
    函數(shù)cv2.distanceTransform()計算二值圖像內(nèi)任意點到最近背景點的距離。
    一般情況下，該函數(shù)計算的是圖像內(nèi)非零值像素點到最近的零值像素點的距離，即計算二值圖像中所有像素點距離其最近的值為0的像素點的距離。

如果像素點本身的值為0，則這個距離也為0。

  • cv2.distanceTransform()的計算結(jié)果反映了各個像素與背景（值為0的像素點）的距離關(guān)系。

通常情況下：

  • 如果前景對象的中心（質(zhì)心）距離值為0的像素點距離較遠(yuǎn)，會得到一個較大的值。

  • 如果前景對象的邊緣距離值為0的像素點較近，會得到一個較小的值。

如果對上述計算結(jié)果進(jìn)行閾值化，就可以得到圖像內(nèi)子圖的中心、骨架等信息。距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()可以用于計算對象的中心，還能細(xì)化輪廓、獲取圖像前景等

函數(shù)cv2.distanceTransform()的語法格式為：

dst=cv2.distanceTransform(src, distanceType, maskSize[, dstType]])

  • src是8位單通道的二值圖像。

  • distanceType為距離類型參數(shù)

python中的opencv圖像分割與提取的方法

  • maskSize為掩模的尺寸
    distanceType=cv2.DIST_L1或cv2.DIST_C時，maskSize強(qiáng)制為3（因為設(shè)置為3和設(shè)置為5及更大值沒有什么區(qū)別）。

python中的opencv圖像分割與提取的方法

  • dstType為目標(biāo)圖像的類型，默認(rèn)值為CV_32F。

  • dst表示計算得到的目標(biāo)圖像，可以是8位或32位浮點數(shù)，尺寸和src相同。

使用距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()，計算一幅圖像的確定前景

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
img = cv2.imread('water_coins.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

img=cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
ishow=img.copy()
ret, thresh = cv2.threshold(gray,0,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
kernel = np.ones((3,3), np.uint8)
opening = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_OPEN, kernel, iterations = 2) # 進(jìn)行開運(yùn)算
dist_transform = cv2.distanceTransform(opening, cv2.DIST_L2,5)
ret, fore = cv2.threshold(dist_transform,0.7*dist_transform.max(),255,0)
plt.subplot(131)
plt.imshow(ishow)
plt.axis('off')
plt.subplot(132)
plt.imshow(dist_transform)
plt.axis('off')
plt.subplot(133)
plt.imshow(fore)
plt.axis('off')
plt.show()

fore圖像中： 比較準(zhǔn)確地顯示出左圖內(nèi)的“確定前景”。確定前景，通常是指前景對象的中心。之所以認(rèn)為這些點是確定前景，是因為它們距離背景點的距離足夠遠(yuǎn)，都是距離大于足夠大的固定閾值（0.7*dist_transform.max()）的點。

  • 確定未知區(qū)域
    使用形態(tài)學(xué)的膨脹操作能夠?qū)D像內(nèi)的前景“膨脹放大”。
    當(dāng)圖像內(nèi)的前景被放大后，背景就會被“壓縮”，所以此時得到的背景信息一定小于實際背景的，不包含前景的“確定背景”。

為了方便說明將確定背景稱為B。

  • 距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()能夠獲取圖像的“中心”，得到“確定前景”。
    圖像中有了確定前景F和確定背景B，剩下區(qū)域的就是未知區(qū)域UN了。這部分區(qū)域正是分水嶺算法要進(jìn)一步明確的區(qū)域。
    針對一幅圖像O，通過以下關(guān)系能夠得到未知區(qū)域UN：

  • 未知區(qū)域UN=圖像O-確定背景B-確定前景F

  • 未知區(qū)域UN=（圖像O-確定背景B）- 確定前景F

“圖像O-確定背景B”，可以通過對圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的膨脹操作得到。

標(biāo)注一幅圖像的確定前景、確定背景及未知區(qū)域。

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
img = cv2.imread('water_coins.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
img=cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
ishow=img.copy()
ret, thresh = cv2.threshold(gray,0,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
kernel = np.ones((3,3), np.uint8)
opening = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_OPEN, kernel, iterations = 2)
bg = cv2.dilate(opening, kernel, iterations=3)
dist = cv2.distanceTransform(opening, cv2.DIST_L2,5)
ret, fore = cv2.threshold(dist,0.7*dist.max(),255,0)
fore = np.uint8(fore)
un = cv2.subtract(bg, fore)
plt.subplot(221)
plt.imshow(ishow)
plt.axis('off')
plt.subplot(222)
plt.imshow(bg)
plt.axis('off')
plt.subplot(223)
plt.imshow(fore)
plt.axis('off')
plt.subplot(224)
plt.imshow(un)
plt.axis('off')
plt.show()

python中的opencv圖像分割與提取的方法

  • 函數(shù)connectedComponents
    明確了確定前景后，就可以對確定前景圖像進(jìn)行標(biāo)注了。
    在OpenCV中，可以使用函數(shù)cv2.connectedComponents()進(jìn)行標(biāo)注。該函數(shù)會將背景標(biāo)注為0，將其他的對象使用從1開始的正整數(shù)標(biāo)注。
    函數(shù)cv2.connectedComponents()的語法格式為：

retval, labels = cv2.connectedComponents( image )

  • image為8位單通道的待標(biāo)注圖像。

  • retval為返回的標(biāo)注的數(shù)量。

  • labels為標(biāo)注的結(jié)果圖像。

使用函數(shù)cv2.connectedComponents()標(biāo)注一幅圖像

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
img = cv2.imread('water_coins.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
img=cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
ishow=img.copy()
ret, thresh = cv2.threshold(gray,0,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
kernel = np.ones((3,3), np.uint8)
opening = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_OPEN, kernel, iterations = 2)
sure_bg = cv2.dilate(opening, kernel, iterations=3)
dist_transform = cv2.distanceTransform(opening, cv2.DIST_L2,5)
ret, fore = cv2.threshold(dist_transform,0.7*dist_transform.max(),255,0)
fore = np.uint8(fore)
ret, markers = cv2.connectedComponents(fore)
print(ret)
plt.subplot(131)
plt.imshow(ishow)
plt.axis('off')
plt.subplot(132)
plt.imshow(fore)
plt.axis('off')
plt.subplot(133)
plt.imshow(markers)
plt.axis('off')
plt.show()

前景圖像的中心點被做了不同的標(biāo)注（用不同顏色區(qū)分)

函數(shù)cv2.connectedComponents()在標(biāo)注圖像時，會將背景標(biāo)注為0，將其他的對象用從1開始的正整數(shù)標(biāo)注。具體的對應(yīng)關(guān)系為：

  • 數(shù)值0代表背景區(qū)域。

  • 從數(shù)值1開始的值，代表不同的前景區(qū)域。

在分水嶺算法中，標(biāo)注值0代表未知區(qū)域。所以，我們要對函數(shù)cv2.connectedComponents()標(biāo)注的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整：將標(biāo)注的結(jié)果都加上數(shù)值1。經(jīng)過上述處理后，在標(biāo)注結(jié)果中：

  • 數(shù)值1代表背景區(qū)域。

  • 從數(shù)值2開始的值，代表不同的前景區(qū)域。

為了能夠使用分水嶺算法，還需要對原始圖像內(nèi)的未知區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，將已經(jīng)計算出來的未知區(qū)域標(biāo)注為0即可。

關(guān)鍵代碼：

ret, markers = cv2.connectedComponents(fore)
markers = markers+1
markers[未知區(qū)域] = 0

使用函數(shù)cv2.connectedComponents()標(biāo)注一幅圖像，并對其進(jìn)行修正，使未知區(qū)域被標(biāo)注為0

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
img = cv2.imread('water_coins.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
img=cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
ishow=img.copy()
ret, thresh = cv2.threshold(gray,0,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
kernel = np.ones((3,3), np.uint8)
opening = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_OPEN, kernel, iterations = 2)
sure_bg = cv2.dilate(opening, kernel, iterations=3)
dist_transform = cv2.distanceTransform(opening, cv2.DIST_L2,5)
ret, fore = cv2.threshold(dist_transform,0.7*dist_transform.max(),255,0)
fore = np.uint8(fore)
ret, markers1 = cv2.connectedComponents(fore)
foreAdv=fore.copy()
unknown = cv2.subtract(sure_bg, foreAdv)
ret, markers2 = cv2.connectedComponents(foreAdv)
markers2 = markers2+1
markers2[unknown==255] = 0
plt.subplot(121)
plt.imshow(markers1)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(markers2)
plt.axis('off')
plt.show()

前景都有一個黑色的邊緣，這個邊緣是被標(biāo)注的未知區(qū)域。

  • 函數(shù)cv2.watershed()
    完成上述處理后，就可以使用分水嶺算法對預(yù)處理結(jié)果圖像進(jìn)行分割了。
    在OpenCV中，實現(xiàn)分水嶺算法的函數(shù)是cv2.watershed()，其語法格式為：

markers = cv2.watershed( image, markers )

  • image是輸入圖像，必須是8位三通道的圖像。在對圖像使用

cv2.watershed()函數(shù)處理之前，必須先用正數(shù)大致勾畫出圖像中的期望分割區(qū)域。每一個分割的區(qū)域會被標(biāo)注為1、2、3等。對于尚未確定的區(qū)域，需要將它們標(biāo)注為0。我們可以將標(biāo)注區(qū)域理解為進(jìn)行分水嶺算法分割的“種子”區(qū)域。

  • markers是32位單通道的標(biāo)注結(jié)果，它應(yīng)該和image具有相等大小。在markers中，每一個像素要么被設(shè)置為初期的“種子值”，要么被設(shè)置為**“-1”表示邊界**。

分水嶺算法圖像分割實例

使用分水嶺算法進(jìn)行圖像分割時，基本的步驟為：

  • 通過形態(tài)學(xué)開運(yùn)算對原始圖像O去噪。

  • 通過腐蝕操作獲取“確定背景B”。
    需要注意，這里得到“原始圖像-確定背景”即可。

  • 利用距離變換函數(shù)cv2.distanceTransform()對原始圖像進(jìn)行運(yùn)算，并對其進(jìn)行閾值處理，得到“確定前景F”。

  • 計算未知區(qū)域UN（UN=O -B - F）

  • 利用函數(shù)cv2.connectedComponents()對原始圖像O進(jìn)行標(biāo)注。

  • 對函數(shù)cv2.connectedComponents()的標(biāo)注結(jié)果進(jìn)行修正。

  • 使用分水嶺函數(shù)完成對圖像的分割。

使用分水嶺算法對一幅圖像進(jìn)行分割：

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
img = cv2.imread('water_coins.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
img=cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
ishow=img.copy()
ret, thresh = cv2.threshold(gray,0,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
kernel = np.ones((3,3), np.uint8)
opening = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_OPEN, kernel, iterations = 2)
sure_bg = cv2.dilate(opening, kernel, iterations=3)
dist_transform = cv2.distanceTransform(opening, cv2.DIST_L2,5)
ret, sure_fg = cv2.threshold(dist_transform,0.7*dist_transform.max(),255,0)
sure_fg = np.uint8(sure_fg)
unknown = cv2.subtract(sure_bg, sure_fg)
ret, markers = cv2.connectedComponents(sure_fg)
markers = markers+1
markers[unknown==255] = 0
markers = cv2.watershed(img, markers)
img[markers == -1] = [0,255,0] # 邊界
plt.subplot(121)
plt.imshow(ishow)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.show()

交互式前景提取

經(jīng)典的前景提取技術(shù)主要使用紋理（顏色）信息，如魔術(shù)棒工具，或根據(jù)邊緣（對比度）信息，如智能剪刀等。在開始提取前景時，先用一個矩形框指定前景區(qū)域所在的大致位置范圍，然后不斷迭代地分割，直到達(dá)到最好的效果。經(jīng)過上述處理后，提取前景的效果可能并不理想，存在前景沒有提取出來，或者將背景提取為前景的情況，此時需要用戶干預(yù)提取過程。

用戶在原始圖像的副本中（也可以是與原始圖像大小相等的任意一幅圖像），用白色標(biāo)注要提取為前景的區(qū)域，用黑色標(biāo)注要作為背景的區(qū)域。然后，將標(biāo)注后的圖像作為掩模，讓算法繼續(xù)迭代提取前景從而得到最終結(jié)果。

python中的opencv圖像分割與提取的方法

GrabCut算法的具體實施過程。

  • 將前景所在的大致位置使用矩形框標(biāo)注出來。

  • 此時矩形框框出的僅僅是前景的大致位置，其中既包含前景又包含背景，所以該區(qū)域?qū)嶋H上是未確定區(qū)域。但是，該區(qū)域以外的區(qū)域被認(rèn)為是“確定背景”。

  • 根據(jù)矩形框外部的“確定背景”數(shù)據(jù)來區(qū)分矩形框區(qū)域內(nèi)的前景和背景。

  • 用高斯混合模型（Gaussians Mixture Model, GMM）對前景和背景建模。

  • GMM會根據(jù)用戶的輸入 學(xué)習(xí)并創(chuàng)建新的像素分布。對未分類的像素（可能是背景也可能是前景），根據(jù)其與已知分類像素（前景和背景）的關(guān)系進(jìn)行分類。

  • 根據(jù)像素分布情況生成一幅圖，圖中的節(jié)點就是各個像素點。

  • 除了像素點之外，還有兩個節(jié)點：前景節(jié)點和背景節(jié)點。所有的前景像素都和前景節(jié)點相連，所有的背景像素都和背景節(jié)點相連。每個像素連接到前景節(jié)點或背景節(jié)點的邊的權(quán)重由像素是前景或背景的概率來決定。

  • 圖中的每個像素除了與前景節(jié)點或背景節(jié)點相連外，彼此之間還存在著連接。兩個像素連接的邊的權(quán)重值由它們的相似性決定，兩個像素的顏色越接近，邊的權(quán)重值越大。

  • 完成節(jié)點連接后，需要解決的問題變成了一幅連通的圖。在該圖上根據(jù)各自邊的權(quán)重關(guān)系進(jìn)行切割，將不同的點劃分為前景節(jié)點和背景節(jié)點。

  • 不斷重復(fù)上述過程，直至分類收斂為止。

在OpenCV中，實現(xiàn)交互式前景提取的函數(shù)是cv2.grabCut()，其語法格式為：

mask, bgdModel, fgdModel =cv2.grabCut(img, mask, rect, bgdModel, fgdModel, iterCount[, mode] )

  • img為輸入圖像，要求是8位3通道的。

  • mask為掩模圖像，要求是8位單通道的。該參數(shù)用于確定前景區(qū)域、背景區(qū)域和不確定區(qū)域，可以設(shè)置為4種形式。

  • cv2.GC_BGD：表示確定背景，也可以用數(shù)值0表示。

  • cv2.GC_FGD：表示確定前景，也可以用數(shù)值1表示。

  • cv2.GC_PR_BGD：表示可能的背景，也可以用數(shù)值2表示。

  • cv2.GC_PR_FGD：表示可能的前景，也可以用數(shù)值3表示。

在最后使用模板提取前景時，會將參數(shù)值0和2合并為背景（均當(dāng)作0處理），將參數(shù)值1和3合并為前景（均當(dāng)作1處理）。

在通常情況下，我們可以使用白色筆刷和黑色筆刷在掩模圖像上做標(biāo)記，再通過轉(zhuǎn)換將其中的白色像素設(shè)置為0，黑色像素設(shè)置為1。

  • rect指包含前景對象的區(qū)域，該區(qū)域外的部分被認(rèn)為是“確定背景”。因此，在選取時務(wù)必確保讓前景包含在rect指定的范圍內(nèi)；否則，rect外的前景部分是不會被提取出來的。

只有當(dāng)參數(shù)mode的值被設(shè)置為矩形模式cv2.GC_INIT_WITH_RECT時，參數(shù)rect才有意義。

其格式為（x, y, w, h），分別表示區(qū)域左上角像素的x軸和y軸坐標(biāo)以及區(qū)域的寬度和高度。

如果前景位于右下方，又不想判斷原始圖像的大小，對于w 和h可以直接用一個很大的值。

使用掩模模式時，將該值設(shè)置為none即可。

  • bgdModel為算法內(nèi)部使用的數(shù)組，只需要創(chuàng)建大小為(1, 65)的numpy.float64數(shù)組。

  • fgdModel為算法內(nèi)部使用的數(shù)組，只需要創(chuàng)建大小為(1, 65)的numpy.float64數(shù)組。

  • iterCount表示迭代的次數(shù)。

mode表示迭代模式。其可能的值與含義如下：

python中的opencv圖像分割與提取的方法

RECT 和MASK可以組合使用( 并的關(guān)系 )

使用GrabCut算法提取圖像的前景

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
o = cv2.imread('lenacolor.png')
orgb=cv2.cvtColor(o, cv2.COLOR_BGR2RGB)
mask = np.zeros(o.shape[:2], np.uint8)
bgdModel = np.zeros((1,65), np.float64)
fgdModel = np.zeros((1,65), np.float64)
rect = (50,50,400,500)
cv2.grabCut(o, mask, rect, bgdModel, fgdModel,5, cv2.GC_INIT_WITH_RECT)
mask2 = np.where((mask==2)|(mask==0),0,1).astype('uint8')
ogc = o*mask2[:, :, np.newaxis]
ogc=cv2.cvtColor(ogc, cv2.COLOR_BGR2RGB)
plt.subplot(121)
plt.imshow(orgb)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(ogc)
plt.axis('off')
plt.show()

為了得到完整的前景對象，需要做一些改進(jìn)。

這里對原始圖像進(jìn)行標(biāo)注，將需要保留的部分設(shè)置為白色，將需要刪除的背景設(shè)置為黑色。以標(biāo)記好的圖像作為模板，使用函數(shù)cv2.grabCut()完成前景的提取。

這個過程主要包含以下步驟:

  • 利用函數(shù)cv2.grabCut()在cv2.GC_INIT_WITH_RECT 模式下對圖像進(jìn)行初步的前景提取，得到初步提取的結(jié)果圖像og。

  • 使用Windows系統(tǒng)自帶的筆刷工具，打開要提取前景的圖像，比如lena。

  • 使用白色筆刷在希望提取的前景區(qū)域做標(biāo)記。

  • 使用黑色筆刷在希望刪除的背景區(qū)域做標(biāo)記。

  • 將當(dāng)前設(shè)置好的lena圖像另存為模板圖像m0。

  • 將模板圖像m0中的白色值和黑色值映射到模板m中。將模板圖像m0中的白色值（像素值為255）映射為模板圖像m中的確定前景（像素值為1），將模板圖像m0中的黑色值（像素值為0）映射為模板圖像m中的確定背景（像素值為0）。

  • 以模板圖像m作為函數(shù)cv2.grabCut()的模板參數(shù)（mask），對圖像og完成前景提取。
    使用畫筆標(biāo)記的模板圖像m0不能直接作為模板（即參數(shù)mask）使用

    函數(shù)cv2.grabCut()要求，參數(shù)mask的值必須是cv2.GC_BGD（確定背景）、cv2.GC_FGD（確定前景）、cv2.GC_PR_BGD（可能的背景）、cv2.GC_PR_FGD（可能的前景），或者是0、1、2、3之中的值。
    必須先將模板圖像m0中的白色值和黑色值映射到模板m上，再將模板圖像m作為函數(shù)cv2.grabCut()的模板參數(shù)。

在GrabCut算法中使用模板提取圖像的前景:

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
o= cv2.imread('lenacolor.png')
orgb=cv2.cvtColor(o, cv2.COLOR_BGR2RGB)
mask = np.zeros(o.shape[:2], np.uint8)
bgd = np.zeros((1,65), np.float64)
fgd = np.zeros((1,65), np.float64)
rect = (50,50,400,500)
cv2.grabCut(o, mask, rect, bgd, fgd,5, cv2.GC_INIT_WITH_RECT)
mask2 = cv2.imread('mask.png',0)
mask2Show = cv2.imread('mask.png', -1)
m2rgb=cv2.cvtColor(mask2Show, cv2.COLOR_BGR2RGB)
mask[mask2 == 0] = 0
mask[mask2 == 255] = 1
mask, bgd, fgd = cv2.grabCut(o, mask, None, bgd, fgd,5, cv2.GC_INIT_WITH_MASK)
mask = np.where((mask==2)|(mask==0),0,1).astype('uint8')
ogc = o*mask[:, :, np.newaxis]
ogc=cv2.cvtColor(ogc, cv2.COLOR_BGR2RGB)
plt.subplot(121)
plt.imshow(m2rgb)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(ogc)
plt.axis('off')
plt.show()

在函數(shù)cv2.grabCut()的實際使用中，也可以不使用矩形初始化，直接使用模板模式。構(gòu)造一個模板圖像，其中：

  • 使用像素值0標(biāo)注確定背景。

  • 使用像素值1標(biāo)注確定前景。

  • 使用像素值2標(biāo)注可能的背景。

  • 使用像素值3標(biāo)注可能的前景。

構(gòu)造完模板后，直接將該模板用于函數(shù)cv2.grabCut()處理原始圖像，即可完成前景的提取。

一般情況下，自定義模板的步驟為：

  • 先使用numpy.zeros構(gòu)造一個內(nèi)部像素值都是0（表示確定背景）的圖像mask，以便在后續(xù)步驟中逐步對該模板圖像進(jìn)行細(xì)化。

  • ．使用mask[30:512, 50:400]=3，將模板圖像中第30行到第512行，第50列到400列的區(qū)域劃分為可能的前景（像素值為3，對應(yīng)參數(shù)mask的含義為“可能的前景”）。

  • 使用mask[50:300, 150:200]=1，將模板圖像中第50行到第300行，第150列到第200列的區(qū)域劃分為確定前景（像素值為1，對應(yīng)參數(shù)mask的含義為“確定前景”）。

在GrabCut算法中直接使用自定義模板提取圖像的前景

import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
o= cv2.imread('lenacolor.png')
orgb=cv2.cvtColor(o, cv2.COLOR_BGR2RGB)
bgd = np.zeros((1,65), np.float64)
fgd = np.zeros((1,65), np.float64)
mask2 = np.zeros(o.shape[:2], np.uint8)
#先將掩模的值全部構(gòu)造為0（確定背景），在后續(xù)步驟中，再根據(jù)需要修改其中的部分值
mask2[30:512,50:400]=3 #lena頭像的可能區(qū)域
mask2[50:300,150:200]=1 #lena頭像的確定區(qū)域，如果不設(shè)置這個區(qū)域，頭像的提取不完整
cv2.grabCut(o, mask2, None, bgd, fgd,5, cv2.GC_INIT_WITH_MASK)
mask2 = np.where((mask2==2)|(mask2==0),0,1).astype('uint8')
ogc = o*mask2[:, :, np.newaxis]
ogc=cv2.cvtColor(ogc, cv2.COLOR_BGR2RGB)
plt.subplot(121)
plt.imshow(orgb)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.imshow(ogc)
plt.axis('off')
plt.show()

對于不同的圖像，要構(gòu)造不同的模板來劃分它們的確定前景、確定背景、可能的前景與可能的背景。

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