【opencv】示例-grabcut.cpp 使用OpenCV库的GrabCut算法进行图像分割

left mouse button - set rectangle

SHIFT+left mouse button - set GC_FGD pixels

CTRL+left mouse button - set GC_BGD pixels

这段代码是一个使用OpenCV库的GrabCut算法进行图像分割的C++程序。它允许用户通过交互式方式选择图像中的一个区域，并利用GrabCut算法尝试将其分割出来。代码中包含用户操作指南、颜色定义、事件处理以及GrabCut算法的迭代过程，实现了用户通过鼠标交互和按键控制来迭代分割效果。程序逻辑结构清晰，采用面向对象的方式封装了GrabCut分割相关的操作。

// 引入OpenCV库中处理图像编解码的相关头文件
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
// 引入OpenCV库中高级GUI的相关头文件
#include "opencv2/highgui.hpp"
// 引入OpenCV库中图像处理的相关头文件
#include "opencv2/imgproc.hpp"// 引入输入输出流的库文件
#include <iostream>// 使用标准命名空间std，免去std::前缀
using namespace std;
// 使用OpenCV命名空间cv，免去cv::前缀
using namespace cv;// 定义静态辅助函数，用于显示程序帮助信息
static void help(char** argv)
{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"<< argv[0] << " <image_name>\n" // 显示如何调用程序"\nSelect a rectangular area around the object you want to segment\n"// 以下是热键操作说明"\nHot keys: \n""\tESC - quit the program\n" // 按ESC键退出程序"\tr - restore the original image\n" // 按'r'键还原到原始图像"\tn - next iteration\n" // 按'n'键执行下一迭代步骤"\n"// 以下是鼠标操作说明"\tleft mouse button - set rectangle\n" // 左键点击设置矩形区域"\n""\tCTRL+left mouse button - set GC_BGD pixels\n" // 按住CTRL键同时左键点击设置背景像素"\tSHIFT+left mouse button - set GC_FGD pixels\n" // 按住SHIFT键同时左键点击设置前景像素"\n""\tCTRL+right mouse button - set GC_PR_BGD pixels\n" // 按住CTRL键同时右键点击设置可能的背景像素"\tSHIFT+right mouse button - set GC_PR_FGD pixels\n" << endl; // 按住SHIFT键同时右键点击设置可能的前景像素
}// 定义一些标量常量表示不同的颜色
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);// 定义背景键和前景键的标志，用于鼠标操作事件中
const int BGD_KEY = EVENT_FLAG_CTRLKEY;
const int FGD_KEY = EVENT_FLAG_SHIFTKEY;// 声明静态函数，用于从复合掩模图中提取二值掩模图
static void getBinMask( const Mat& comMask, Mat& binMask )
{// 确保comMask非空且类型为CV_8UC1，否则抛出错误if( comMask.empty() || comMask.type()!=CV_8UC1 )CV_Error( Error::StsBadArg, "comMask is empty or has incorrect type (not CV_8UC1)" );// 如果binMask为空或大小与comMask不一致，则重新创建与comMask大小一致的binMaskif( binMask.empty() || binMask.rows!=comMask.rows || binMask.cols!=comMask.cols )binMask.create( comMask.size(), CV_8UC1 );// 将comMask中的最低位复制到binMask中binMask = comMask & 1;
}// 声明GrabCut应用类，用于实现GrabCut算法的交互操作
// 定义用于GrabCut算法的应用类
class GCApplication
{
public:// 定义选择状态的枚举类型enum{ NOT_SET = 0, IN_PROCESS = 1, SET = 2 };// 定义圆的半径static const int radius = 2;// 定义圆的线条厚度，-1表示填充圆static const int thickness = -1;// 成员函数声明void reset();  // 重置函数void setImageAndWinName( const Mat& _image, const string& _winName );  // 设置图像和窗口名void showImage() const;  // 展示图像void mouseClick( int event, int x, int y, int flags, void* param );  // 鼠标点击事件处理函数int nextIter();  // 迭代处理函数int getIterCount() const { return iterCount; }  // 获取迭代次数的函数private:// 私有成员函数和变量声明void setRectInMask();  // 设置矩形到掩模中void setLblsInMask( int flags, Point p, bool isPr );  // 设置标签到掩模中的函数const string* winName;  // 窗口名称const Mat* image;  // 图像引用Mat mask;  // 掩模矩阵Mat bgdModel, fgdModel;  // 背景和前景模型uchar rectState, lblsState, prLblsState;  // 矩形和标签状态变量bool isInitialized;  // 是否已经初始化的标志Rect rect;  // 矩形区域vector<Point> fgdPxls, bgdPxls, prFgdPxls, prBgdPxls;  // 记录前景和背景像素位置的向量int iterCount;  // 迭代计数
};// 成员函数定义
// 重置GCApplication
void GCApplication::reset()
{if( !mask.empty() )mask.setTo(Scalar::all(GC_BGD));  // 如果掩模非空，设置掩模的所有值为GC_BGD// 清除前景、背景像素位置的记录bgdPxls.clear(); fgdPxls.clear();prBgdPxls.clear();  prFgdPxls.clear();// 重置相关的状态标志和迭代计数isInitialized = false;rectState = NOT_SET;lblsState = NOT_SET;prLblsState = NOT_SET;iterCount = 0;
}// 设置图像和窗口名
void GCApplication::setImageAndWinName( const Mat& _image, const string& _winName  )
{if( _image.empty() || _winName.empty() )return;  // 如果图像或窗口名为空，直接返回image = &_image;  // 设置图像引用winName = &_winName;  // 设置窗口名mask.create( image->size(), CV_8UC1);  // 创建与图像相同大小的掩模矩阵reset();  // 重置GCApplication
}// 展示图像
void GCApplication::showImage() const
{if( image->empty() || winName->empty() )return;  // 如果图像为空或窗口名为空，直接返回Mat res;Mat binMask;image->copyTo( res );  // 复制图像到resif( isInitialized ){getBinMask( mask, binMask);  // 如果已经初始化，获取二值掩模Mat black (binMask.rows, binMask.cols, CV_8UC3, cv::Scalar(0,0,0));black.setTo(Scalar::all(255), binMask);  // 设置黑色图像的掩模区域为白色addWeighted(black, 0.5, res, 0.5, 0.0, res);  // 将黑色图像与原图混合}vector<Point>::const_iterator it;// 绘制背景和前景像素位置for( it = bgdPxls.begin(); it != bgdPxls.end(); ++it )circle( res, *it, radius, BLUE, thickness );for( it = fgdPxls.begin(); it != fgdPxls.end(); ++it )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 );// 绘制矩形框if( rectState == IN_PROCESS || rectState == SET )rectangle( res, Point( rect.x, rect.y ), Point(rect.x + rect.width, rect.y + rect.height ), GREEN, 2);imshow( *winName, res );  // 显示图像
}   // GCApplication类的成员函数：设置矩形框到掩模中
void GCApplication::setRectInMask()
{CV_Assert( !mask.empty() ); // 确认掩模不为空mask.setTo( GC_BGD ); // 将掩模的全部像素值设置为背景// 修正矩形坐标，确保矩形框不会超出图像范围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);// 将矩形框内的像素值设置为可能的前景(mask(rect)).setTo( Scalar(GC_PR_FGD) );
}// GCApplication类的成员函数：根据用户输入，在掩模上设置前景或背景标签
void GCApplication::setLblsInMask( int flags, Point p, bool isPr )
{vector<Point> *bpxls, *fpxls; // 指向背景和前景像素点的向量uchar bvalue, fvalue; // 背景和前景的像素值// 根据是否是概率图(isPr)设置不同的指针和像素值if( !isPr ){bpxls = &bgdPxls;fpxls = &fgdPxls;bvalue = GC_BGD;fvalue = GC_FGD;}else{bpxls = &prBgdPxls;fpxls = &prFgdPxls;bvalue = GC_PR_BGD;fvalue = GC_PR_FGD;}// flags中对应的按键标志位被设置，更新背景像素点向量，并在掩模上画圆if( flags & BGD_KEY ){bpxls->push_back(p);circle( mask, p, radius, bvalue, thickness );}// flags中对应的按键标志位被设置，更新前景像素点向量，并在掩模上画圆if( flags & FGD_KEY ){fpxls->push_back(p);circle( mask, p, radius, fvalue, thickness );}
}// GCApplication类的成员函数：处理鼠标点击事件
void GCApplication::mouseClick( int event, int x, int y, int flags, void* )
{switch( event ){// 左键按下事件：设置矩形或者GC_BGD/GC_FGD像素标签case EVENT_LBUTTONDOWN: {bool isb = (flags & BGD_KEY) != 0,isf = (flags & FGD_KEY) != 0;if( rectState == NOT_SET && !isb && !isf ){rectState = IN_PROCESS; // 开始绘制矩形框rect = Rect( x, y, 1, 1 ); // 初始化矩形框大小}if ( (isb || isf) && rectState == SET )lblsState = IN_PROCESS; // 开始设置标签状态}break;// 右键按下事件：设置GC_PR_BGD/GC_PR_FGD像素标签case EVENT_RBUTTONDOWN: {bool isb = (flags & BGD_KEY) != 0,isf = (flags & FGD_KEY) != 0;if ( (isb || isf) && rectState == SET )prLblsState = IN_PROCESS; // 开始设置概率标签状态}break;// 左键释放事件：完成矩形绘制或者设置像素标签case EVENT_LBUTTONUP:if( rectState == IN_PROCESS ){// 如果起点和终点一样，则不设置矩形框if(rect.x == x || rect.y == y){rectState = NOT_SET;}else{rect = Rect( Point(rect.x, rect.y), Point(x,y) );rectState = SET; // 设置矩形框状态为已设置setRectInMask(); // 在掩模上绘制矩形框CV_Assert( bgdPxls.empty() && fgdPxls.empty() && prBgdPxls.empty() && prFgdPxls.empty() );}showImage(); // 显示图像}if( lblsState == IN_PROCESS ){setLblsInMask(flags, Point(x,y), false); // 设置像素标签lblsState = SET; // 设置标签状态为已设置nextIter(); // 进行一次迭代showImage(); // 显示图像}else{// 如果矩形框状态已设置，进行一次迭代后显示图像if(rectState == SET){nextIter();showImage();}}break;// 右键释放事件：完成概率标签的设置case EVENT_RBUTTONUP:if( prLblsState == IN_PROCESS ){setLblsInMask(flags, Point(x,y), true); // 设置概率标签prLblsState = SET; // 设置概率标签状态为已设置}// 如果矩形框状态已设置，进行一次迭代后显示图像if(rectState == SET){nextIter();showImage();}break;// 鼠标移动事件：更新矩形框大小或者继续设置像素标签case EVENT_MOUSEMOVE:if( rectState == IN_PROCESS ){rect = Rect( Point(rect.x, rect.y), Point(x,y) );CV_Assert( bgdPxls.empty() && fgdPxls.empty() && prBgdPxls.empty() && prFgdPxls.empty() );showImage(); // 显示图像}else if( lblsState == IN_PROCESS ){setLblsInMask(flags, Point(x,y), false); // 设置像素标签showImage(); // 显示图像}else if( prLblsState == IN_PROCESS ){setLblsInMask(flags, Point(x,y), true); // 设置概率标签showImage(); // 显示图像}break;}
}// 主函数入口
int main( int argc, char** argv )
{// 解析命令行参数cv::CommandLineParser parser(argc, argv, "{@input| messi5.jpg |}");// 调用help函数显示帮助信息help(argv);// 获取图片文件名string filename = parser.get<string>("@input");// 如果文件名为空，输出错误信息并返回1if( filename.empty() ){cout << "\nDurn, empty filename" << endl;return 1;}// 读取图片Mat image = imread(samples::findFile(filename), IMREAD_COLOR);// 如果读取失败，输出错误信息并返回1if( image.empty() ){cout << "\n Durn, couldn't read image filename " << filename << endl;return 1;}// 创建窗口const string winName = "image";namedWindow( winName, WINDOW_AUTOSIZE );// 设置鼠标回调函数setMouseCallback( winName, on_mouse, 0 );// 设置gcapp对象的图片和窗口名称gcapp.setImageAndWinName( image, winName );// 显示图片gcapp.showImage();// 无限循环，等待用户按键for (;;){// 等待按键事件char c = (char)waitKey(0);switch (c){case '\x1b': // 按Esc键退出cout << "Exiting ..." << endl;goto exit_main;case 'r': // 按'r'键重置cout << endl;gcapp.reset(); // 调用重置函数gcapp.showImage(); // 显示图像break;case 'n': // 按'n'键进行下一次迭代int iterCount = gcapp.getIterCount(); // 获取当前迭代次数cout << "<" << iterCount << "... ";int newIterCount = gcapp.nextIter(); // 调用下一个迭代if (newIterCount > iterCount){gcapp.showImage(); // 显示新的图像cout << iterCount << ">" << endl;}elsecout << "rect must be determined>" << endl; // 提示需要先确定矩形框break;}}exit_main:// 销毁窗口并退出destroyWindow( winName );return 0;
}

vector<Point>::const_iterator it;// 绘制背景和前景像素位置for (it = bgdPxls.begin(); it != bgdPxls.end(); ++it)circle(res, *it, radius, BLUE, thickness);for (it = fgdPxls.begin(); it != fgdPxls.end(); ++it)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);

grabCut(*image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1);

// 如果标签已经设置或概率标签已经设置，用mask初始化grabCutif (lblsState == SET || prLblsState == SET)grabCut(*image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1, GC_INIT_WITH_MASK);else// 否则，用rect初始化grabCutgrabCut(*image, mask, rect, bgdModel, fgdModel, 1, GC_INIT_WITH_RECT);