OpenCV 픽셀값 다루기 (Thresholding)

2024-10-21 11 분 소요

1. 영상신호와 배열

img[y][x] 임에 유의한다.
[행], [열] 이므로, [높이][열] ⇒ [y][x]이다.

2. 영상신호의 저장을 위한 2가지 방법

2차원 배열을 이용한 영상 선언
2차원 포인터를 이용한 영상 선언

2.1 2차원 `배열을 이용한` 영상선언

7x10 크기 영상 - 높이(행)=7, 폭(열)=10 을 위한 선언

int img[7][10];

좌표 (y,x) = (3,4)에 위치한 픽셀값의 변경

img[3][4] = 100;

2.2 2차원 `포인터를 이용한` 영상 선언 ***

7x10 크기 영상 (높이 = 7, 폭 = 10)을 위한 선언

int** img_ptr = (int**)IntAlloc2(7, 10);

좌표 (y,x) = (3,4)에 위치한 픽셀값의 변경

→ 2차원 배열을 사용하는 경우와 완전히 동일하다.

img_ptr[3][4] = 100;

img_ptr이 더 이상 사용되지 않는 지점에서 메모리를 해제 권장

Intfree2(img_ptr, 7, 10);

※정리

다음과 같이 [높이][폭] 영상을 선언한후,

int img[7][10];

int** img_ptr = (int**)IntAlloc2(7, 10);

(두의미가 같다)

다음과 같이 픽셀값을 설정한다.

img[3][4] = 100;

img_ptr[3][4] = 100;

포인터를 이용할때는, 더이상 사용되지 않는 지점에서 메모리 해제를 한다.

Intfree2(img_ptr, 7, 10);

2.3 예제

2.3.1 128x256 영상의 모든 픽셀값을 128의 밝기값으로 설정하라.

→ 높이와 폭을 변수로 설정하면 편리하다.

void main()
{
	int height = 128, width = 256; // 영상의 높이와 너비를 각각 128, 256으로 설정
	int** img_ptr = (int**)IntAlloc2(height, width); // 2차원 배열 동적 할당 함수(IntAlloc2)를 사용하여 height x width 크기의 배열을 img_ptr로 할당
	
	// 이중 for문을 사용하여 각 픽셀의 값을 128로 설정
	for (int y = 0; y < height; y++)
		for (int x = 0; x < width; x++) {
			img_ptr[y][x] = 128; // img_ptr 배열의 각 요소(픽셀)에 128 값을 설정 (회색 이미지)
		}
	
	////각각의 파라미터 다시한번 확인**
	ImageShow("영상보기", img_ptr, height, width); // "영상보기" 창에 할당된 이미지 데이터를 보여줌
	IntFree2(img_ptr, height, width); // 동적 할당된 2차원 배열 img_ptr을 해제
}

2.3.2 32≤ y < 96, 64 ≤ x <96 일떄는 픽셀값: 128

otherwise는 255를 구현해라.

void main()
{
	int height = 128, width = 256; // 영상의 높이와 너비를 각각 128, 256으로 설정
	int** img_ptr = (int**)IntAlloc2(height, width); // 2차원 배열 동적 할당 함수(IntAlloc2)를 사용하여 height x width 크기의 배열을 img_ptr로 할당

	// 전체 이미지의 모든 픽셀을 256으로 설정
	for (int y = 0; y < height; y++) {
		for (int x = 0; x < width; x++) {
			img_ptr[y][x] = 256; // 모든 픽셀 값을 256으로 설정 (하얀색 또는 최대 값)
		}
	}

	// 특정 영역(32 <= y < 96, 64 <= x < 96)을 128로 변경
	for (int y = 32; y < 96; y++) {
		for (int x = 64; x < 96; x++) {
			img_ptr[y][x] = 128; // 지정된 부분의 픽셀 값을 128로 설정 (회색)
		}
	}

	ImageShow("영상보기", img_ptr, height, width); // "영상보기" 창에 할당된 이미지 데이터를 보여줌
	IntFree2(img_ptr, height, width); // 동적 할당된 2차원 배열 img_ptr을 해제
}

2.3.3 참고

영상의 픽셀값의 범위

- Gray 영상의 경우 0~225 //255가 하얀색 0이 검은색
- RGB 칼라 영상: R,G,B 각각 0~255 //모든 채널이 255일경우 하얀색이다.

또한 보통 이미지해상도는 `512 x 512` 이다.

2.3.4 정의 피킹 사용

함수가 궁금하면 오른쪽 마우스로 정의피킹으로 이동한다.

3. 선이나 도형 그리기

3.0 기본코드 작성**

다음과 같은 코드를 미리 작성한다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <malloc.h>

#include <opencv2/opencv.hpp>

using namespace cv;

typedef struct {
	int r, g, b;
}int_rgb;

int** IntAlloc2(int height, int width)
{
	int** tmp;
	tmp = (int**)calloc(height, sizeof(int*));
	for (int i = 0; i < height; i++)
		tmp[i] = (int*)calloc(width, sizeof(int));
	return(tmp);
}

void IntFree2(int** image, int height, int width)
{
	for (int i = 0; i < height; i++)
		free(image[i]);

	free(image);
}

float** FloatAlloc2(int height, int width)
{
	float** tmp;
	tmp = (float**)calloc(height, sizeof(float*));
	for (int i = 0; i < height; i++)
		tmp[i] = (float*)calloc(width, sizeof(float));
	return(tmp);
}

void FloatFree2(float** image, int height, int width)
{
	for (int i = 0; i < height; i++)
		free(image[i]);

	free(image);
}

int_rgb** IntColorAlloc2(int height, int width)
{
	int_rgb** tmp;
	tmp = (int_rgb**)calloc(height, sizeof(int_rgb*));
	for (int i = 0; i < height; i++)
		tmp[i] = (int_rgb*)calloc(width, sizeof(int_rgb));
	return(tmp);
}

void IntColorFree2(int_rgb** image, int height, int width)
{
	for (int i = 0; i < height; i++)
		free(image[i]);

	free(image);
}

int** ReadImage(char* name, int* height, int* width)
{
	Mat img = imread(name, IMREAD_GRAYSCALE);
	int** image = (int**)IntAlloc2(img.rows, img.cols);

	*width = img.cols;
	*height = img.rows;

	for (int i = 0; i < img.rows; i++)
		for (int j = 0; j < img.cols; j++)
			image[i][j] = img.at<unsigned char>(i, j);

	return(image);
}

void WriteImage(char* name, int** image, int height, int width)
{
	Mat img(height, width, CV_8UC1);
	for (int i = 0; i < height; i++)
		for (int j = 0; j < width; j++)
			img.at<unsigned char>(i, j) = (unsigned char)image[i][j];

	imwrite(name, img);
}

void ImageShow(char* winname, int** image, int height, int width)
{
	Mat img(height, width, CV_8UC1);
	for (int i = 0; i < height; i++)
		for (int j = 0; j < width; j++)
			img.at<unsigned char>(i, j) = (unsigned char)image[i][j];
	imshow(winname, img);
	waitKey(0);
}

int_rgb** ReadColorImage(char* name, int* height, int* width)
{
	Mat img = imread(name, IMREAD_COLOR);
	int_rgb** image = (int_rgb**)IntColorAlloc2(img.rows, img.cols);

	*width = img.cols;
	*height = img.rows;

	for (int i = 0; i < img.rows; i++)
		for (int j = 0; j < img.cols; j++) {
			image[i][j].b = img.at<Vec3b>(i, j)[0];
			image[i][j].g = img.at<Vec3b>(i, j)[1];
			image[i][j].r = img.at<Vec3b>(i, j)[2];
		}

	return(image);
}

void WriteColorImage(char* name, int_rgb** image, int height, int width)
{
	Mat img(height, width, CV_8UC3);
	for (int i = 0; i < height; i++)
		for (int j = 0; j < width; j++) {
			img.at<Vec3b>(i, j)[0] = (unsigned char)image[i][j].b;
			img.at<Vec3b>(i, j)[1] = (unsigned char)image[i][j].g;
			img.at<Vec3b>(i, j)[2] = (unsigned char)image[i][j].r;
		}

	imwrite(name, img);
}

void ColorImageShow(char* winname, int_rgb** image, int height, int width)
{
	Mat img(height, width, CV_8UC3);
	for (int i = 0; i < height; i++)
		for (int j = 0; j < width; j++) {
			img.at<Vec3b>(i, j)[0] = (unsigned char)image[i][j].b;
			img.at<Vec3b>(i, j)[1] = (unsigned char)image[i][j].g;
			img.at<Vec3b>(i, j)[2] = (unsigned char)image[i][j].r;
		}
	imshow(winname, img);

}

template <typename _TP>
void ConnectedComponentLabeling(_TP** seg, int height, int width, int** label, int* no_label)
{

	//Mat bw = threshval < 128 ? (img < threshval) : (img > threshval);
	Mat bw(height, width, CV_8U);

	for (int i = 0; i < height; i++) {
		for (int j = 0; j < width; j++)
			bw.at<unsigned char>(i, j) = (unsigned char)seg[i][j];
	}
	Mat labelImage(bw.size(), CV_32S);
	*no_label = connectedComponents(bw, labelImage, 8); // 0        Ե        

	(*no_label)--;

	for (int i = 0; i < height; i++) {
		for (int j = 0; j < width; j++)
			label[i][j] = labelImage.at<int>(i, j);
	}
}

#define imax(x, y) ((x)>(y) ? x : y)
#define imin(x, y) ((x)<(y) ? x : y)

int BilinearInterpolation(int** image, int width, int height, double x, double y)
{
	int x_int = (int)x;
	int y_int = (int)y;

	int A = image[imin(imax(y_int, 0), height - 1)][imin(imax(x_int, 0), width - 1)];
	int B = image[imin(imax(y_int, 0), height - 1)][imin(imax(x_int + 1, 0), width - 1)];
	int C = image[imin(imax(y_int + 1, 0), height - 1)][imin(imax(x_int, 0), width - 1)];
	int D = image[imin(imax(y_int + 1, 0), height - 1)][imin(imax(x_int + 1, 0), width - 1)];

	double dx = x - x_int;
	double dy = y - y_int;

	double value
		= (1.0 - dx) * (1.0 - dy) * A + dx * (1.0 - dy) * B
		+ (1.0 - dx) * dy * C + dx * dy * D;

	return((int)(value + 0.5));
}

void DrawHistogram(char* comments, int* Hist)
{
	int histSize = 256; /// Establish the number of bins
	// Draw the histograms for B, G and R
	int hist_w = 512; int hist_h = 512;
	int bin_w = cvRound((double)hist_w / histSize);

	Mat histImage(hist_h, hist_w, CV_8UC3, Scalar(255, 255, 255));
	Mat r_hist(histSize, 1, CV_32FC1);
	for (int i = 0; i < histSize; i++)
		r_hist.at<float>(i, 0) = Hist[i];
	/// Normalize the result to [ 0, histImage.rows ]
	normalize(r_hist, r_hist, 0, histImage.rows, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	/// Draw for each channel
	for (int i = 1; i < histSize; i++)
	{
		line(histImage, Point(bin_w * (i - 1), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i - 1))),
			Point(bin_w * (i), hist_h - cvRound(r_hist.at<float>(i))),
			Scalar(255, 0, 0), 2, 8, 0);
	}

	/// Display
	namedWindow(comments, WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow(comments, histImage);

	waitKey(0);

}

3.1 가로줄 긋기

for문을 이용하여 x값을 변화를 준다.

void main()
{
	int height = 512, width = 1024;
	int** img = (int**)IntAlloc2(height, width); //이미지 배열을 만든다.

	int y = 256;
	int x = 512;

	for (int x = 0;x<width; x++)
	{	
		img[y][x] = 255;

	}
	

	printf("%d \n", img[100][200]);
	ImageShow((char*)"output", img, height, width);

	IntFree2(img, height, width); //메모리 free를 해준다.
}

가로줄이 생긴것을 알 수 있다.

3.2 세로줄 긋기

다음 코드를 추가하면 세로선이 추가된다. (y값에 변화를 준다.)

	for (int y = 0; y < height; y++)
	{
		img[y][x] = 255;
	}

3.3 사각형 만들기

다음 코드를 추가하여 사각형을 만든다.

void main()
{
	int height = 512, width = 1024;
	int** img = (int**)IntAlloc2(height, width); //이미지 배열을 만든다.

	//y= [150,512-400)
	//x= [300, 1024-300)

	

	for (int y = 150; y < height-150; y++)
	{
		for (int x=300; x<width-300;x++)
			img[y][x] = 255;

	}

	printf("%d \n", img[100][200]);
	ImageShow((char*)"output", img, height, width);

	IntFree2(img, height, width); //메모리 free를 해준다.

}

또는 다음과 같이

/*호출되는 함수*/
void drawLine(int** imgxx,int height, int width, int y, int x )
{
	for (int y = 150; y < height - 150; y++)
	{
		for (int x = 300; x < width - 300; x++)
			imgxx[y][x] = 255;

	}
}

/*호출하는 함수*/
void main()
{
	int height = 512, width = 1024;
	int** img = (int**)IntAlloc2(height, width); //이미지 배열을 만든다.
	int x0=0, y0=0;

	drawLine(img,height, width,  y0,  x0); //호출할떄는 타입을 사용하지 않는다.

	printf("%d \n", img[100][200]);
	ImageShow((char*)"output", img, height, width);

	IntFree2(img, height, width); //메모리 free를 해준다.

}

3.4 참고

참고로 다음과 같이 오류가 뜨면 실행창을 닫지 않았는지 확인해본다.

4. 영상 읽기 & 쓰기

4.1 영상 읽기 & 쓰기 함수**

int** ReadImage(char* filename, int* height, int* width)
- 주어진 파일명을 통해 이미지를 읽어오고, 이미지의 높이와 너비를 반환하는 함수입니다.
- 반환 값은 이미지 데이터를 저장한 2차원 배열 포인터입니다.
void WriteImage(char* filename, int** img, int height, int width)
- 주어진 파일명으로 이미지를 저장하는 함수입니다.
- 이미지 데이터는 int** img 배열로 전달받고, 높이와 너비 정보가 함께 전달됩니다.

4.2 예시

이미지 읽기:
```
int** img = ReadImage("Barbara.png", &height, &width);
```
- Barbara.png 파일을 읽어와서 이미지 데이터(img), 이미지 높이(height), 이미지 너비(width)를 가져옵니다.
이미지 쓰기:
```
WriteImage("wr_test.png", img, height, width);
```
- img 데이터(이미지)를 wr_test.png 파일로 저장합니다

`예시코드`

int main()
{
	int height, width;

	// 이미지 파일을 읽어오기
	int** img = (int**)ReadImage((char*)"images/barbara.png", &height, &width);

	// 이미지 출력
	ImageShow((char*)"영상보기", img, height, width);

	// 이미지 파일로 저장
	WriteImage((char*)"wr_test.png", img, height, width);

	return 0;
}

barbara.png이미지가 뜨고, wr_test.png파일로 저장된것을 확인할 수 있다.

4.3 예시문제

영상이 이중포인터 int** img로 선언되고 메모리 할당이 되었을때, 픽셀 좌표가 (x,y)=(10,20)인 픽셀값을 100으로 만드는 명렁어는?

→ image[y][x] 인것을 잘 확인할것

img[20][10] = 100;

영상을 읽고 쓰는 함수의 프로토타입을 쓰시오\

→ 포인터를 잘 확인할것

int** ReadImage(char* filename, int** img, int height, int width)

void WriteImage(char* filename, int** img, int height, int width)

5. 영상 이진화

5.1 영상 이진화

문턱값 이상은 255, 미만은 0으로 픽셀값을 반환한다.

Threashold : 어떤 기준값을 의미하며, 특정 상황에서 변화를 결정하는 경계선으로 사용된다.

예를 들어, Threshold가 128이라면,

128 이상의 값은 255로, 미만의 값은 0으로 설정한다.

5.2 Thresholding

if문 이

int ex0924_1(){
	int height;
	int width;

	int** img = ReadImage((char*)"./images/barbara.png", &height, &width);
	int** img_out = (int**)IntAlloc2(height, width);
	
	int threshold = 128;
	for (int y = 0; y < height; y++)
	{
		for (int x = 0; x < width; x++)
		{
			if (img[y][x] > threshold) img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}
	ImageShow((char*)"input", img, height, width);
	ImageShow((char*)"output", img_out, height, width);
	return 0;
}

`5.3 Threshold값들 점차 늘리기`

문턱값을 50, 100, 150, 200으로 변화시키면서 그림을 화면에 보여주는 프로그램을 작성하

void Thresholdings(int threshold, int** img, int height, int width, int** img_out)

다음값을 받아와야함을 확인.

void Thresholdings(int threshold, int** img, int height, int width, int** img_out)
{
	for (int y = 0; y < height; y++)
	{
		for (int x = 0; x < width; x++)
		{
			if (img[y][x] > threshold) img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}
}

int main() {

	int height, width;
	int** img = ReadImage((char*)"./images/lena.png", &height, &width);
	int** img_out = (int**)IntAlloc2(height, width);
	int threshold = 200;

	/*Threshold 값을 50에서 50씩 늘린다. 50 100 150 200*/
	for (threshold = 50; threshold < 250; threshold += 50) {
	
		Thresholdings(threshold, img, height, width, img_out);
		ImageShow((char*)"output", img_out, height, width);
		
	}
	ImageShow((char*)"input", img, height, width);

}

5.4 예시문제

5.4.1 입력영상을 정사각형으로 4등분하여 각각에 대해 문턱값 50, 100, 150, 200을 적용하여 화면으로 출력하는 프로그램을 작성하라.

구역을 4등분하는 반복문에 주의

int main() {

	int height, width;
	int** img = (int**)ReadImage((char*)"./images/barbara.png", &height, &width);
	int** img_out = (int**)IntAlloc2(height, width);

	/* 영역 1
	Threshold=50 */
	for (int y = 0; y < height / 2; y++)
	{
		for (int x = 0; x < width / 2; x++)
		{
			if (img[y][x] >= 50)img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}
	/* 영역 2
	Threshold=100 */
	for (int y = 0; y < height / 2; y++)
	{
		for (int x = width/2; x < width; x++)
		{
			if (img[y][x] >= 100)img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}

	/* 영역 3
	Threshold=150 */
	for (int y = height/2; y < height; y++)
	{
		for (int x = 0; x < width / 2; x++)
		{
			if (img[y][x] >= 150)img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}

	/* 영역 3
Threshold=200 */
	for (int y = height/2; y < height / 2; y++)
	{
		for (int x = width/2; x < width; x++)
		{
			if (img[y][x] >= 200)img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}

	ImageShow((char*) "출력영상보기", img_out, height, width);

}

또는 함수를 이용하는 방법

void Thresholding_partial(int threshold, int y_st, int y_end, int x_st, int x_end,
	int** img, int height, int width, int** img_out)
{
	for (int y = y_st; y < y_end; y++) {
		for (int x = x_st; x < x_end; x++) {
			if (img[y][x] >= threshold) img_out[y][x] = 255;
			else img_out[y][x] = 0;
		}
	}
	
}

int main() {

	int height, width;
	int** img = (int**)ReadImage((char*)"./images/barbara.png", &height, &width);
	int** img_out = (int**)IntAlloc2(height, width);

	Thresholding_partial(50, 0, height / 2, 0, width / 2, img, height, width, img_out);
	Thresholding_partial(100, 0, height / 2, width / 2, width, img, height, width, img_out);
	Thresholding_partial(150, height / 2, height, 0, width / 2, img, height, width, img_out);
	Thresholding_partial(200, height / 2, height, width / 2, width, img, height, width, img_out);
	ImageShow((char*) "출력영상보기", img_out, height, width);

}

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BumSu Kim

OpenCV 픽셀값 다루기 (Thresholding)

1. 영상신호와 배열

2. 영상신호의 저장을 위한 2가지 방법

2.1 2차원 `배열을 이용한` 영상선언

2.2 2차원 `포인터를 이용한` 영상 선언 ***

※정리

2.3 예제

2.3.1 128x256 영상의 모든 픽셀값을 128의 밝기값으로 설정하라.

2.3.2 32≤ y < 96, 64 ≤ x <96 일떄는 픽셀값: 128

2.3.3 참고

2.3.4 정의 피킹 사용

3. 선이나 도형 그리기

3.0 기본코드 작성**

3.1 가로줄 긋기

3.2 세로줄 긋기

3.3 사각형 만들기

3.4 참고

4. 영상 읽기 & 쓰기

4.1 영상 읽기 & 쓰기 함수**

4.2 예시

`예시코드`

4.3 예시문제

5. 영상 이진화

5.1 영상 이진화

5.2 Thresholding

`5.3 Threshold값들 점차 늘리기`

5.4 예시문제

5.4.1 입력영상을 정사각형으로 4등분하여 각각에 대해 문턱값 50, 100, 150, 200을 적용하여 화면으로 출력하는 프로그램을 작성하라.

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댓글남기기

참고

OpenCV 스트레칭과 히스토그램

OpenCV 평균필터

OpenCV 클리핑과 영상혼합

Database 릴레이션 정규화

BumSu Kim

1. 영상신호와 배열

2. 영상신호의 저장을 위한 2가지 방법

2.1 2차원 배열을 이용한 영상선언

2.2 2차원 포인터를 이용한 영상 선언 ***

※정리

2.3 예제

2.3.1 128x256 영상의 모든 픽셀값을 128의 밝기값으로 설정하라.

2.3.2 32≤ y < 96, 64 ≤ x <96 일떄는 픽셀값: 128

2.3.3 참고

2.3.4 정의 피킹 사용

3. 선이나 도형 그리기

3.0 기본코드 작성**

3.1 가로줄 긋기

3.2 세로줄 긋기

3.3 사각형 만들기

3.4 참고

4. 영상 읽기 & 쓰기

4.1 영상 읽기 & 쓰기 함수**

4.2 예시

예시코드

4.3 예시문제

5. 영상 이진화

5.1 영상 이진화

5.2 Thresholding

5.3 Threshold값들 점차 늘리기

5.4 예시문제

5.4.1 입력영상을 정사각형으로 4등분하여 각각에 대해 문턱값 50, 100, 150, 200을 적용하여 화면으로 출력하는 프로그램을 작성하라.

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참고

OpenCV 스트레칭과 히스토그램

OpenCV 평균필터

OpenCV 클리핑과 영상혼합

Database 릴레이션 정규화

2.1 2차원 `배열을 이용한` 영상선언

2.2 2차원 `포인터를 이용한` 영상 선언 ***

`예시코드`

`5.3 Threshold값들 점차 늘리기`