Poisson Image Editing
泊松融合matlab
泊松融合matlab
泊松融合是一种常用的图像处理算法，可以将两张不同的图片合并成一张完整的图片。
这种算法在数码相机、电影特效以及计算机视觉领域都有很广泛的应用。
在matlab中，实现泊松融合可以使用Image Processing Toolbox中的函数。
泊松融合的基本思路是将两张图像进行“剪切”和“粘贴”操作，即将一张图像中的某些区域剪切出来，然后将其粘贴到另一张图像中。
为了使得两张图像的边缘能够自然地衔接，需要使用泊松方程进行修正，从而达到更好的融合效果。
在matlab中，可以使用如下代码实现泊松融合：
```matlab
% 读入两张图像
A = imread('image1.jpg');
B = imread('image2.jpg');
% 获取A图像中需要剪切的区域
mask = roipoly(A);
% 对A图像中的剪切区域进行泊松融合
blended_image = poissonBlend(B, A, mask);
% 显示融合后的图像
imshow(blended_image);
```
上述代码中，通过调用roipoly函数获取图像A中需要剪切的区
域，然后使用poissonBlend函数进行泊松融合操作，最终得到融合后的图像。
需要注意的是，将两张图像进行泊松融合时，需要保证两张图像的大小和分辨率相同。
除了使用matlab自带的函数实现泊松融合之外，还可以使用第三方工具包，如OpenCV、Python等进行实现。
无论使用哪种工具包，都需要对泊松融合的算法原理有一定的了解，才能够更好地实现该算法。
Rectangling panoramic images via warping
(b) image completion
(c) cropping
(d) our content-aware warping
Figure 1: Rectangling a panoramic image. (a) Stitched panoramic image. (b) Image completion result of “content-aware fill” in Adobe Photoshop CS5. The arrows highlight the artifacts. (c) Cropped using the largest inner rectangle. (d) Our content-aware warping result.
CR Categories: I.3.3 [Computer Graphics]: Picture/Image Generation;
Keywords: warping, panorama editing, image retargeting
ACM Reference Format He, K., Chang, H., Sun, J. 2013. Rectangling Panoramic Images via Warping. ACM Trans. Graph. 32, 4, Article 79 (July 2013), 9 pages. DOI = 10.1145/2461912.2462004 /10.1145/2461912.2462004. Copyright Notice Permission to make digital or hard copies of all or part of this work for personal or classroom use is granted without fee provided that copies are not made or distributed for profit or commercial advantage and that copies bear this notice and the full citation on the first page. Copyrights for components of this work owned by others than the author(s) must be honored. Abstracting with credit is permitted. To copy otherwise, or republish, to post on servers or to redistribute to lists, requires prior specific permission and/or a fee. Request permissions from permissions@. 2013 Copyright held by the Owner/Author. Publication rights licensed to ACM. 0730-0301/13/07-ART79 $15.00. DOI: /10.1145/2461912.2462004
泊松融合原理和python代码
泊松融合原理和python代码泊松融合（Poisson blending）是一种图像处理技术，用于将源图像中的对象融合到目标图像中，以实现无缝的图像合成。
该技术通过泊松方程求解，在图像融合中起到关键作用。
泊松融合的基本原理是通过将源图像中的像素值通过泊松方程融合到目标图像中，从而在目标图像中生成一个新的像素值，以实现图像融合的效果。
其数学表示如下：∇²α=∂²α/∂x²+∂²α/∂y²=β其中，α表示源图像中的像素值，β表示目标图像中的边缘像素值。
这个方程可以简化为拉普拉斯方程∆α=β，其中∆表示拉普拉斯算子。
这个方程的意义是，对于源图像中的像素α，其梯度的变化应该与目标图像中的边缘像素β相匹配。
根据泊松方程求解的目标，可以得到融合后的像素值。
在求解过程中，需要考虑边界条件和约束条件。
边界条件通常是指融合图像的边界像素值应与目标图像一致，约束条件通常是指源图像中的一些区域或者像素需要完全复制到目标图像中，从而实现融合效果。
下面是一个使用Python实现泊松融合的代码示例：```pythonimport numpy as npfrom scipy.sparse import linalgdef poisson_blend(source, target, mask):#获取图像的宽度和高度height, width, _ = target.shape#创建拉普拉斯矩阵A和边界像素矩阵bA = np.zeros((height * width, height * width))b = np.zeros(height * width)#根据源图像和目标图像计算拉普拉斯矩阵A和边界像素矩阵bfor y in range(1, height - 1):for x in range(1, width - 1):#当前像素在图像中的索引idx = y * width + xif mask[y, x] == 1:#如果是掩膜内的像素，使用泊松方程并加上约束条件A[idx, idx] = 4A[idx, idx - 1] = -1A[idx, idx + 1] = -1A[idx, idx - width] = -1A[idx, idx + width] = -1b[idx] = 4 * source[y, x] - source[y, x - 1] - source[y, x + 1] - source[y - 1, x] - source[y + 1, x]else:#如果是边界像素，直接复制到目标图像中A[idx, idx] = 1b[idx] = target[y, x]#使用稀疏矩阵求解线性方程组x = linalg.spsolve(A, b)# 将求解出的像素值reshape为目标图像的形状blend = x.reshape((height, width, 3)) return blend#加载源图像、目标图像和掩膜图像source = np.array(Image.open('source.jpg')) target = np.array(Image.open('target.jpg')) mask = np.array(Image.open('mask.png'))#对源图像和目标图像进行泊松融合blend = poisson_blend(source, target, mask) #显示融合后的图像plt.imshow(blend)plt.show```这段代码使用了`numpy`库和`scipy.sparse`库实现了泊松融合的算法。
泊松融合原理和python代码
泊松融合原理与Python代码实现1. 前言泊松融合是一种图像处理技术，用于将源图像的内容无缝地融合到目标图像中。
它的基本原理是通过解决一个泊松方程，将源图像的梯度与目标图像的梯度相匹配，从而实现融合效果。
在本文中，我们将详细介绍泊松融合的基本原理，并使用Python编写代码来实现泊松融合。
2. 泊松方程首先，让我们来了解一下泊松方程。
泊松方程是一个偏微分方程，通常用于描述物理系统中的平衡状态。
在图像处理中，我们可以使用泊松方程来实现无缝融合。
泊松方程可以表示为：∇²f = g其中，∇²表示拉普拉斯算子（二阶导数），f表示未知函数，g表示已知函数。
在泊松融合中，我们希望通过求解这个方程来得到未知函数f。
3. 泊松融合原理泊松融合的基本原理是将源图像的梯度与目标图像的梯度相匹配。
通过匹配这些梯度，我们可以确保融合后的图像在边界处具有连续性。
具体来说，泊松融合的步骤如下：1.将源图像和目标图像进行对齐。
对齐可以使用特征点匹配或其他图像对齐算法来实现。
2.在目标图像上选择一个感兴趣区域（ROI），并在该区域内将源图像的内容融合进去。
3.计算源图像和目标图像的梯度。
我们可以使用Sobel算子等滤波器来计算梯度。
4.在ROI中，将泊松方程应用于目标图像的梯度和源图像的梯度之间的差异。
这相当于求解泊松方程中的未知函数f。
5.将求解得到的未知函数f与目标图像中ROI外的部分进行融合，得到最终的融合结果。
4. Python代码实现接下来，让我们使用Python编写代码来实现泊松融合。
首先，我们需要导入所需的库：import numpy as npimport cv2from scipy import sparsefrom scipy.sparse.linalg import spsolve然后，我们定义一个名为poisson_blend的函数来执行泊松融合：def poisson_blend(source, target, mask):# 获取源图像和目标图像的尺寸height, width, _ = source.shape# 将源图像和目标图像转换为灰度图像source_gray = cv2.cvtColor(source, cv2.COLOR_BGR2GRAY)target_gray = cv2.cvtColor(target, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 计算源图像和目标图像的梯度source_grad_x = cv2.Sobel(source_gray, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=3)source_grad_y = cv2.Sobel(source_gray, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=3)target_grad_x = cv2.Sobel(target_gray, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=3)target_grad_y = cv2.Sobel(target_gray, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=3)# 创建稀疏矩阵A和向量bA = sparse.lil_matrix((height * width, height * width))b = np.zeros((height * width,))# 填充矩阵A和向量bfor y in range(1,height-1):for x in range(1,width-1):if mask[y,x] == 255:index = y * width + xA[index,index] = -4A[index,index-1] = 1A[index,index+1] = 1A[index,index-width] = 1A[index,index+width] = 1b[index] = target_grad_x[y,x] - target_grad_x[y,x-1] + target_ grad_y[y,x] - target_grad_y[y-1,x]# 解泊松方程f = spsolve(A.tocsr(), b)# 将求解得到的未知函数f转换为图像f_image = np.uint8(np.clip(f.reshape(height, width), 0, 255))# 在目标图像中将ROI外的部分与源图像进行融合blended = target.copy()for y in range(height):for x in range(width):if mask[y,x] == 255:blended[y,x] = source[y,x]return blended最后，我们加载源图像、目标图像和蒙版，并调用poisson_blend函数来执行泊松融合：source = cv2.imread('source.jpg')target = cv2.imread('target.jpg')mask = cv2.imread('mask.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)result = poisson_blend(source, target, mask)cv2.imwrite('result.jpg', result)5. 总结在本文中，我们详细介绍了泊松融合的基本原理，并使用Python编写了相应的代码实现。
泊松融合原理和python代码
泊松融合原理和python代码泊松融合是一种图像处理技术，可以将两幅图像进行平滑过渡，使其看起来自然无缝地融合在一起。
本文将介绍泊松融合的原理，并给出使用Python实现泊松融合的代码示例。
1. 泊松融合的原理2. 泊松融合的步骤3. 使用Python实现泊松融合的代码示例【1. 泊松融合的原理】泊松融合的原理是基于在两幅图像之间进行局部亮度和颜色平滑的假设。
具体来说，泊松融合可以看作是将源图像的颜色和边缘信息与目标图像的结构进行融合的过程。
【2. 泊松融合的步骤】泊松融合一般包括以下几个步骤：1) 输入源图像和目标图像。
2) 确定源图像在目标图像中的位置，以及需要融合的区域。
3) 对源图像和目标图像进行预处理，包括调整图像大小、灰度化等。
4) 使用梯度域重建技术计算源图像的梯度场。
5) 根据源图像的梯度向量和目标图像的结构特征进行优化，生成泊松方程。
6) 使用泊松方程进行图像融合。
7) 输出泊松融合后的图像。
【3. 使用Python实现泊松融合的代码示例】下面是一个使用Python实现泊松融合的简单示例代码：```pythonimport cv2import numpy as npdef poisson_blend(source, target, mask):# 将原图像和目标图像转换为浮点型source = source.astype(np.float32)target = target.astype(np.float32)# 将图像转换为灰度图gray_source = cv2.cvtColor(source, cv2.COLOR_BGR2GRAY) gray_target = cv2.cvtColor(target, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # 计算源图像的梯度场gradient = placian(gray_source, cv2.CV_64F)# 将源图像的梯度场与目标图像的结构特征进行融合result = target.copy()result[mask] = source[mask] - gradientreturn result.astype(np.uint8)# 读取源图像、目标图像和融合区域的掩码source = cv2.imread("source.jpg")target = cv2.imread("target.jpg")mask = cv2.imread("mask.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 进行泊松融合blended_image = poisson_blend(source, target, mask)# 显示融合结果cv2.imshow("Blended Image", blended_image)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()【4. 总结】泊松融合是一种常用的图像处理技术，可以实现图像的无缝融合。
量化图像的方法
量化图像的方法引言：在现代科技的飞速发展下，图像处理技术已成为一个重要的领域。
量化图像是其中的一个重要步骤，它将连续的图像转化为离散的数值表示，为后续的图像分析和处理提供了基础。
本文将介绍几种常用的图像量化方法，并从不同角度探讨它们的优缺点。
一、最近邻法（Nearest Neighbor）最近邻法是一种简单直观的图像量化方法。
其基本原理是将每个像素点的数值替换为最接近的离散化数值。
这种方法的优点是处理速度快，适用于实时性要求较高的场景。
然而，最近邻法的缺点是处理结果较粗糙，容易产生锯齿状的伪影。
二、误差扩散法（Error Diffusion）误差扩散法是一种常用的图像量化方法，其核心思想是将量化误差分散到周围的像素中，从而提高图像的质量。
最典型的误差扩散方法是Floyd-Steinberg算法，它通过逐像素地计算当前像素与离散化数值的差距，并将误差按照一定的权重传递给周围的像素。
这种方法能够有效减少锯齿状伪影，但在处理过程中会引入一定的噪声。
三、中位值切割法（Median Cut）中位值切割法是一种基于聚类分析的图像量化方法。
它通过对图像的像素进行聚类，并选择每个聚类中心的中位值作为离散化数值。
中位值切割法的优点是能够获得较好的色彩分布效果，适用于对图像的整体特征进行捕捉。
然而，该方法需要进行大量的像素遍历和聚类计算，处理速度较慢。
四、矢量量化法（Vector Quantization）矢量量化法是一种基于向量空间的图像量化方法，它将图像的像素组织为一组向量，并利用聚类分析将这些向量进行离散化表示。
与中位值切割法相比，矢量量化法将每个像素看作一个向量，能够更精确地描述图像的空间结构。
这种方法的缺点是需要消耗较大的计算资源，对硬件要求较高。
五、小波变换法（Wavelet Transform）小波变换法是一种基于信号处理的图像量化方法，它通过将图像分解为一组不同频率的小波基函数，并利用小波系数对图像进行离散化表示。
照片处理要求
1. 拍摄图像拍摄出较高素质的原始图像能够从根本上保障最终制成图像的质量。
在拍摄二代证卡图像时应当特别注意以下一些方面：&S226; 根据拍摄环境设置合理的白平衡。
图像的偏色程度主要受白平衡影响。
良好的白平衡能够有效提升图像的色彩质量。
&S226; 设置合理的光照。
通常由于光照不合理带来的各种问题在后续的图像处理中很难得到有效解决，因此拍摄时的光照设置会非常重要。
&S226; 镜头应尽量聚焦于整个面部。
良好的聚焦能够保证图像中人像的清晰度。
由于聚焦带来的背景虚化则可以在后续的背景处理中解决。
&S226; 设置图像格式，具备足够的分辨率。
在拍摄的原始图像中人物脸部宽度应当大于221 象素。
在后续的图像处理过程中，如果通过图像放大来满足几何尺寸要求的话，会引起一定程度的图像模糊，应当尽量避免此类操作。
&S226; 设置拍摄背景，使图像中人物与背景间出现明显的边缘。
这会使后续的背景分割较为容易。
&S226; 把握拍摄对象的状况。
二代证卡图像对人物有表情自然、头部无偏转、双眼平视、不能穿制服、眼镜镜片透明等等各种要求。
应当引导拍摄对象，在满足各种要求的条件下，真实展现人物的良好风貌。
2. 几何内容处理二代证卡对图像的几何尺寸有明确和严格的要求。
下面逐步说明如何满足几何尺寸的要求。
(1) 检查人物头部是否偏转。
人物头部的各类旋转可以分解到如图2所示的三维空间里。
除 z 轴上的偏转能够通过图像旋转校正外，其它方向的偏转校正均无法保证结果的准确性。
此外，在 z 轴上的偏转校正会给图像造成一定程度的模糊。
因此在拍摄时应当尽量避免人物在 z 轴角度上的偏转，在其它轴角度上则不应当发生偏转。
(2) 缩放图像。
在原始的拍摄图像上，(a) 测量脸部宽度：脸部实际宽度=水平方向右侧脸部位置-水平方向左侧脸部位置(b) 用脸部标准宽度除以测量得到的脸部宽度，获得图像的缩放比例。
albumentations中的随机变换
albumentations中的随机变换
albumentations 是一个用于图像增强的 Python 库，其中包含了多种随机变换的方法，比如：
- `Blur`：对图像进行均值平滑滤波。
- `VerticalFlip`：对图像进行垂直翻转。
- `HorizontalFlip`：对图像进行水平翻转。
- `Flip`：对图像进行水平和垂直翻转。
- `Normalize`：将像素值除以 255，减去每个通道的平均值并除以每个通道的标准差。
- `Transpose`：将图像的行和列进行互换。
- `RandomCrop`：随机从图像中裁剪一块区域。
- `RandomGamma`：对图像进行随机伽马变换。
- `RandomRotate90`：随机旋转图像90度。
- `Rotate`：随机旋转图像。
- `ShiftScaleRotate`：随机平移、缩放、旋转图像。
- `CenterCrop`：对图像进行中心裁剪。
- `OpticalDistortion`：对图像进行光学畸变。
- `GridDistortion`：对图像进行网格失真。
- `ElasticTransform`：对图像进行弹性变换。
上述方法中的 `p` 参数表示使用此转换的概率，默认值为0.5。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
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最优化大作业
Poisson图像编辑
实验背景
图像合成是图像处理的一个基本问题，其通过将源图像中一个物体或者一个区域嵌入到目标图像生成一个新的图像。
在对图像进行合成的过程中，为了使合成后的图像更自然，合成边界应当保持无缝。
但如果原图像和目标图像有着明显不同的纹理特征，则直接合成后的图像会存在明显的边界。
针对此问题，Prez等[1]提出了一种利用构造Poisson方程求解像素最优值的方法，在保留了源图像梯度信息的同时，可以很好的融合源图像与目标图像的背景。
该方法根据用户指定的边界条件求解一个Poisson方程，实现了梯度域上的连续，从而达到边界处的无缝融合。
实验原理
Poisson图像编辑的主要思想是，根据原图像的梯度信息以及目标图像的边界信息，利用插值的方法重新构建出和成区域内的图像像素。
为表述方便，在图1中标出了各个字母所代表
的区域。
其中，g代表了原图像中被合成的部分，V是g的梯度场，S是合并后的图像，Ω是合并后目标图像中被覆盖的区域，∂Ω是其边界。
设合并后图像在Ω内的像素值由f表示，在Ω外的像素值由*f表示。
图1各区域代表字母示意
注意到图像合并的要求是使合并后的图像看上去尽量的平滑，没有明显的边界。
所以，Ω内的梯度值应当尽可能的小。
因此，f的值可以由(1)得出
2
*
min ..f
f
s t f
f Ω
∂Ω
∂Ω
∇=⎰⎰
(1)
根据Euler-Lagrange 公式，f 最小值应该满足(2)式
*
..f s t f
f ∂Ω
∂Ω
∆==
(2)
其中∆代表Laplacian 算子。
然而，(2)式所求得的解中并没有包含源图像的相关信息。
为使合并后的图像中Ω内的图像尽量接近于g ，可以利用g 的梯度场V 作为求解(1)式时的引导场，即将(1)式改写为如下形式
2
*min ..f
f V s t f
f
Ω
∂Ω
∂Ω
∇-=⎰⎰ (3)
其最优解应满足如(4)的Poisson 方程：
*
..f divV
s t f
f ∂Ω
∂Ω
∆==
(4)
对于一副图像，其像素点的值并不是连续函数，而是离散的数值。
因此，需要建立(4)式的离散形式。
对于S 中的每一个像素点p ，定义p N 代表图像中p 4临域点的集合，定义
,p q <>代表p 与p N 内一点q 的点对。
那么Ω的边界∂Ω可以由(5)式表示
{\:0}p p S N ∂Ω=∈Ω⋂Ω≠
(5)
这样，可以改写(3)为：
,0
*
min
()
..,p q pq f p q p p
f f v s t f f p Ω
<>⋂Ω≠--=∈∂Ω
∑
(6)
同样，根据最优性条件，最优解满足(7)式：
*p p p
p p q q pq
q N q N q N N f f f v
∈⋂Ω
∈⋂∂Ω
∈-
=
+
∑
∑
∑ (7)
这是一个线性方程，解之即可得出Ω内的像素值。
如果像素较多时，系数矩阵规模较大，
求解时可以采用迭代的方法。
Gauss-Seidel 迭代是一种简单易行的迭代法，应此被选作求解(7)式的算法。
实验步骤
本次实验编写了用于Poisson图像合并的Matlab代码，主要功能包括读取源文件及目标文件，交互选择源图像区域，选择合并位置，迭代求解等。
在编写完代码后，具体的操作步骤为：
（1）运行PoissonEditing.m文件；
（2）交互选取源图像，如下图所示选取完成后，双击确认；
（3）确定合并区域；
（4）计算结果并显示。
实验结果
图2显示了直接合并与Poisson编辑结果的不同。
从两张图片的对比来看，Poisson编辑很好的消融了图像合并时的边缘，使得合并后的图像更加自然。
但是，由于Poisson方法的边界条件由目标图像确定，建立最优模型时仅考虑原图像的梯度信息，应此也就失去了部分原图像的颜色信息，这也是图2融合后船颜色偏蓝的原因
图2直接合并与Poisson合并对比
此外，由于图像像素较多，迭代时间较长，由图2的第一幅图得到第二副图像需要1383.879334秒，这也是需要改进的地方。
[1]Pérez, Patrick, Michel Gangnet, and Andrew Blake."Poisson image editing."ACM Transactions on Graphics (TOG) 22.3 (2003): 313-318.。