OpenCV单kinect多帧静止场景的深度图像去噪

from: OpenCV单kinect多帧静止场景的深度图像去噪


老板kinect去噪的任务下达已经有半个多月了,前期除了看了几天文献之外就打酱油了,好像每天都很忙,可是就是不知道在忙什么。这几天为了交差,就胡乱凑了几段代码,得到一个结果,也知道不行,先应付一下,再图打算。

程序思想很简单,先对静止的场景连续采样若干帧,然后对所有点在时间域取中值,对取完中值之后的无效点在空间域取最近邻,勉强将黑窟窿填上了。由于代码较长,现在奉上关键的几个片段:

[cpp] view plain copy
  1. #include  
  2. #include  
  3. #include  
  4. using namespace std;  
  5.   
  6. #ifndef _DENOISE  
  7. #define _DENOISE  
  8.   
  9. const int nFrames = 9;   // number of consecutive frames  
  10. const int width = 640;   // frame width  
  11. const int height = 480;  // frame height  
  12.   
  13. class kinectDenoising  
  14. {  
  15. private:                         
  16.     IplImage* denoisedImage;  
  17.     IplImage* frameSet[nFrames];  
  18.     unsigned int numOfFrames;  
  19.     CvRect imageROI;  
  20. public:  
  21.     kinectDenoising();  
  22.     ~kinectDenoising();  
  23.     void addFrame(IplImage* img);   
  24.     void setImageROI(bool isUpdate = true);  
  25.     void medianFiltering();   
  26.     void nearestFiltering();  
  27.     void updateFrameSet(IplImage* img);  
  28.     void showDenoiedImage(const char* window);  
  29.     void showCurrentImage(const char* window);  
  30. };  
  31.   
  32. void insertSort(unsigned short* data,int& len,unsigned short newData);  
  33.   
  34. #endif  

这是定义的头文件,装模作样的写了一个类,在构造函数里面,除了对denoisedImage分配内存之外其他都置0,析构函数需要释放denoisedImage和frameSet数组的内存。numOfFrames本来设计为frameSet中的图像的帧数,结果由于偷懒就用了一个定长的数组。

[cpp] view plain copy
  1. void kinectDenoising::setImageROI(bool isUpdate)  
  2. {  
  3.     if(!isUpdate)   
  4.     {  
  5.         imageROI = cvRect(22,44,591,434);  
  6.     }  
  7.     else  
  8.     {  
  9.         IplImage* image8u = cvCreateImage(cvSize(width,height),IPL_DEPTH_8U,1);  
  10.         IplImage* bitImage = cvCreateImage(cvSize(width,height),IPL_DEPTH_8U,1);  
  11.   
  12.         // cvThreshold can only handle images of 8UC1 or 32FC1  
  13.         cvConvertScale(frameSet[0],image8u,255.0/4096.0);  
  14.         cvThreshold(image8u,bitImage,0,1,CV_THRESH_BINARY);  
  15.   
  16.         // the two mats rowReduced and colReduced have to be CV_32SC1 type  
  17.         // for function cvReduce() seems not to suitable for 16U type and   
  18.         // 8U type doesn't have enough room for the result.  
  19.         CvMat* rowReduced = cvCreateMat(1,bitImage->width,CV_32FC1);  
  20.         // bitImage->width represents number of cols, while bitImage->height stands for rows  
  21.         CvMat* colReduced = cvCreateMat(bitImage->height,1,CV_32FC1);  
  22.   
  23.         cvReduce(bitImage,rowReduced,0,CV_REDUCE_SUM);  
  24.         cvReduce(bitImage,colReduced,1,CV_REDUCE_SUM);  
  25.   
  26.         // compute imageROI.x  
  27.         for(int i=0;icols;i++)  
  28.         {  
  29.             float temp = CV_MAT_ELEM(*rowReduced,float,0,i);  
  30.             if(temp>bitImage->height/3)  
  31.             {  
  32.                 imageROI.x = i;  
  33.                 break;  
  34.             }  
  35.         }  
  36.   
  37.         // computer imageROI.width  
  38.         for(int i=rowReduced->cols;i>0;i--)  
  39.         {  
  40.             float temp = CV_MAT_ELEM(*rowReduced,float,0,i-1);  
  41.             if(temp>bitImage->height/3)  
  42.             {  
  43.                 imageROI.width = i-imageROI.x;  
  44.                 break;  
  45.             }  
  46.         }  
  47.   
  48.         // compute imageROI.y  
  49.         for(int i=0;irows;i++)  
  50.         {  
  51.             float temp = CV_MAT_ELEM(*colReduced,float,i,0);  
  52.             if(temp>bitImage->height/3)  
  53.             {  
  54.                 imageROI.y = i;  
  55.                 break;  
  56.             }  
  57.         }  
  58.   
  59.         // compute imageROI.height  
  60.         for(int i=colReduced->rows;i>0;i--)  
  61.         {  
  62.             float temp = CV_MAT_ELEM(*colReduced,float,i-1,0);  
  63.             if(temp>bitImage->height/3)  
  64.             {  
  65.                 imageROI.height = i-imageROI.y;  
  66.                 break;  
  67.             }  
  68.         }  
  69.   
  70.         // set memory free  
  71.         cvReleaseImage(&bitImage);  
  72.         cvReleaseImage(&image8u);  
  73.         cvReleaseMat(&rowReduced);  
  74.         cvReleaseMat(&colReduced);  
  75.     }  
  76. }  

这是计算深度图像的滤波范围。由于深度图像和彩色图像的视点不一致,导致了将深度图像映射到彩色图像上时有效像素会缩小,典型的现象就是在深度图像的四周会出现黑色的区域。这个函数就是用来将四周的黑色框框去掉。用OpenCV的投影的方法。由于cvReduce()函数要进行累积和的计算,为了不使数据溢出,目标数组应该用32位的浮点型(此函数只支持8位unsigned char型和32位float型)。

[cpp] view plain copy
  1. void kinectDenoising::medianFiltering()  
  2. {  
  3.     // set result image zero  
  4.     cvSetZero(denoisedImage);  
  5.   
  6.     unsigned short data[nFrames];  
  7.     int total;  
  8.     for(int i=imageROI.y;i
  9.     {  
  10.         unsigned short* denoisedImageData = (unsigned short*)(denoisedImage->imageData+denoisedImage->widthStep*i);  
  11.         for(int j=imageROI.x;j
  12.         {  
  13.             total = 0;  
  14.             for(int k=0;k
  15.             {  
  16.                 insertSort(data,total,CV_IMAGE_ELEM(frameSet[k],unsigned short,i,j));  
  17.             }  
  18.             if(total != 0)  
  19.             {  
  20.                 denoisedImageData[j] = data[total/2];  
  21.             }  
  22.         }  
  23.     }  
  24. }  

中值滤波,统计有效点并排序,然后取中值。insertSort()函数用来将值按从小到大的顺序进行插入,鉴于篇幅的关系,就不贴出来了。

[cpp] view plain copy
  1. void kinectDenoising::nearestFiltering()  
  2. {  
  3.     CvPoint topLeft,downRight;  
  4.     IplImage* tempImage = cvCloneImage(denoisedImage);  
  5.     for(int i=imageROI.y;i
  6.     {  
  7.         unsigned short* data = (unsigned short*)(denoisedImage->imageData+denoisedImage->widthStep*i);  
  8.         for(int j=imageROI.x;j
  9.         {  
  10.             for(int k=1;data[j]==0;k++)  
  11.             {  
  12.                 topLeft = cvPoint(j-k,i-k);    // j为行数 i为列数  
  13.                 downRight = cvPoint(j+k,i+k);  
  14.                 for(int m=topLeft.x;(m<=downRight.x) && (data[j]==0);m++)  
  15.                 {  
  16.                     if(m<0) continue;  
  17.                     if(m>=width) break;  
  18.                     if(topLeft.y>=0)  
  19.                     {  
  20.                         unsigned short temp = CV_IMAGE_ELEM(tempImage,unsigned short,topLeft.y,m);  
  21.                         if(temp > 0)  
  22.                         {  
  23.                             data[j] = temp;  
  24.                             break;  
  25.                         }  
  26.                     }  
  27.                     if(downRight.y < height)  
  28.                     {  
  29.                         unsigned short temp = CV_IMAGE_ELEM(tempImage,unsigned short,downRight.y,m);  
  30.                         if(temp > 0)  
  31.                         {  
  32.                             data[j] = temp;  
  33.                             break;  
  34.                         }  
  35.                     }                     
  36.                 }  
  37.   
  38.                 for(int m=topLeft.y;(m
  39.                 {  
  40.                     if(m<0) continue;  
  41.                     if(m>=height) break;  
  42.                     if(topLeft.x>0)  
  43.                     {  
  44.                         unsigned short temp = CV_IMAGE_ELEM(tempImage,unsigned short,m,topLeft.x);  
  45.                         if(temp > 0)  
  46.                         {  
  47.                             data[j] = temp;  
  48.                             break;  
  49.                         }  
  50.                     }  
  51.   
  52.                     if(downRight.x
  53.                     {  
  54.                         unsigned short temp = CV_IMAGE_ELEM(tempImage,unsigned short,m,downRight.x);  
  55.                         if(temp > 0)  
  56.                         {  
  57.                             data[j] = temp;  
  58.                             break;  
  59.                         }  
  60.                     }  
  61.                 }  
  62.             }  
  63.         }  
  64.     }  
  65.     cvReleaseImage(&tempImage);  
  66. }  

最后是中值滤波,从最内层开始,一层层往外扩,直到找到有效值为止。

运行结果:

源图像:


结果图像:

附注:本来这个程序是在8位图像上进行的。先取得16位的unsigned short型深度图像,然后通过cvConvertScale()函数将其转化为8位的unsigned char型,结果在进行去噪的时候怎么都不对,将unsigned char型的数据放到matlab中一看,发现在unsigned short型数据中为0值的像素莫名其妙的在unsigned char型里有了一个很小的值(比如说1, 2, 3, 4, 5什么的,就是不为0)。很奇怪,不知道OpenCV中是怎么搞的。看来还是源数据靠谱,于是将其改为16位的unsigned short型,结果形势一片大好。

http://blog.csdn.net/chenli2010/article/details/7006573

dafu6693
  • dafu6693

    2017-08-21 19:54 9楼
  • 博主,最后的意思是不用转换图像的类型,是吗?

dafu6693
  • dafu6693

    2017-07-21 10:16 8楼
  • 一直图片加载失败!!!

dafu6693
  • dafu6693

    2017-07-20 21:28 7楼
  • 你好 ,我想问一下是要输入多张同一场景的图片吗?

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