[OpenCV] 영상의 산술 연산 방법

OpenCV에서 영상은 일종의 2차원 행렬이기 때문에 산술 연산이나 논리 연산을 적용할 수 있다.

2개의 영상을 서로 더하거나 빼는 등 산술 연산을 수행함으로써 다른 영상을 생성할 수 있다.

영사들끼리 곱셈이나 나눗셈의 연산은 거의 사용하지 않는다.

​

​

영상의 덧셈

영상의 덧셈은 2개의 입력 영상에서 같은 위치 픽셀 값을 서로 더하여 결과 영상 픽셀 값으로 설정하는 연산이다.

 

​

dst는 덧셈 연산의 결과이고, src1과 src2가 입력 영상이다.

영상의 덧셈 연산을 통하여 그 결과 값이 그레이스케일의 최대값인 255보다 커질 수 있으므로 포화 연산을 함께 적용한다.

​

OpenCV에서 산술 연산을 위해 제공하는 함수가 있다.

​

add();

void add(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask = noArray(), int dtype = -1);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 입력 행렬과 같은 크기.
mask : 8비트 1채널 마스크 영샹
dtype : 출력 행렬의 깊이

 

add() 함수는 2개의 행렬 또는 영상을 입력으로 받고, 1개의 행렬 또는 영상을 출력하는 함수이다.

src1, src2 인자에는 Mat 객체, Scalar 객체, 정수, 실수 등 여러 자료형을 전달할 수 있다.

​

src1, src2가 모두 영상처럼 2차원 행렬을 나타내는 Mat 객체라면 일반적인 행렬의 덧셈 연산을 수행한다.

src1이 Mat 객체이고, src2가 Scalar나 정수, 실수 등의 자료형 이라면 src1 행렬의 모든 픽셀 값에 src2 값을 더한다.

결과가 dst 객체가 표현할 수 있는 자료형 범위를 벗어나면 자동으로 포화 연산을 수행한다.

​

mask 인자는 기본값을 가지고 있으며, 기본값을 변경할 필요가 없으면 생략할 수 있다.

mask 행렬 원소 값이 0이 아닌 위치에서만 덧셈 연산을 수행한다.

​

dtype 인자는 -1을 기본값으로 가지고 있으며, 변경할 필요가 없으면 생략할 수 있다.

src1과 src2 깊이가 같은 경우, dtype에 -1을 지정할 수 있는데, 이 경우 dst의 깊이는 src1, src2와 같은 깊이로 설정된다.

src1과 src2의 깊이가 서로 다른 경우 dtype을 반드시 지정해야 한다.

​

소스 코드 예제

#include "opencv2/opencv.hpp"
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;

int main()
{
	Mat src1 = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);   // 입력 영상 1 Mat 객체 생성
	Mat src2 = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);   // 입력 영상 2 Mat 객체 생성

	Mat dst;    // 출력 영상 저장할 Mat 객체 생성

	add(src1, src2, dst);  // src1과 src2를 입력받아 dst로 출력

	imshow("src1", src1); 
	imshow("src2", src2);
	imshow("dst", dst);

	waitKey();
}

 

Mat 객체 src1과 src2에 각각 레나 영상을 저장하고, add함수로 출력된 영상을 dst에 저장한다.

입력 영상의 타입이 같으므로 dtype 인자는 따로 설정하지 않고, mask 인자를 따로 저장하지 않았으므로

입력 영상의 모든 픽셀 위치에서 덧셈 연산을 수행한다.

같은 레나 영상끼리의 덧셈 연산 수행 시, 픽셀 값이 증가하여 밝아지는 것을 볼 수 있다.

​

만약 덧셈 연산의 입력 영상 타입이 같다면 add() 함수 대신 + 연산자 재정의를 사용할 수도 있다.

 

Mat dst = src1 + src2;

 

영상의 뺄셈

영상의 뺄셈은 2개의 입력 영상에서 같은 위치에 있는 픽셀끼리 빼기 연산을 수행하는 것이다.

​

​

dst는 덧셈 연산의 결과이고, src1과 src2가 입력 영상이다.

영상의 뺄셈 연산을 통하여 그 결과 값이 그레이스케일의 최소값인 0보다 작아질 수 있으므로 포화 연산을 함께 적용한다.

​

subtract();

void add(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask = noArray(), int dtype = -1);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 입력 행렬과 같은 크기.
mask : 8비트 1채널 마스크 영샹
dtype : 출력 행렬의 깊이

 

subtract() 함수의 인자는 add() 함수와 동일하다.

​

뺄셈 연산의 두 입력 영상 타입이 같다면 + 연자와 마찬가지로 subtract() 함수 대신 - 연산자 재정의를 사용할 수 있다.

그러나 서로 타입이 다르다면 subtract() 함수를 사용해야 하고, dtype 인자를 명시해야 한다.

​

소스 코드 예제

void add(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask = noArray(), int dtype = -1);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 입력 행렬과 같은 크기.
mask : 8비트 1채널 마스크 영샹
dtype : 출력 행렬의 깊이

subtract() 함수의 인자는 add() 함수와 동일하다.

​

뺄셈 연산의 두 입력 영상 타입이 같다면 + 연자와 마찬가지로 subtract() 함수 대신 - 연산자 재정의를 사용할 수 있다.

그러나 서로 타입이 다르다면 subtract() 함수를 사용해야 하고, dtype 인자를 명시해야 한다.

​

소스 코드 예제

#include "opencv2/opencv.hpp"
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;

int main()
{
	Mat src1 = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);
	Mat src2 = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);

	Mat dst;

	subtract(src1, src2, dst);

	imshow("src1", src1);
	imshow("src2", src2);
	imshow("dst", dst);

	waitKey();
}

 

같은 영상끼리의 뺄셈 연산을 수행하였으므로, 각 픽셀 값이 0으로 설정된다.

​

덧셈 연산과 달리 뺄셈 연산은 뺄셈의 대상이 되는 영상 순서에 따라 결과가 달라진다.

만약 영상의 뺄셈 순서에 상관없이 픽셀 값 차이가 큰 영역을 두드러지게 나타내고 싶다면 차이 연산을 수행할 수 있다.

차이 연산은 뺄셈 연산 결과에 덜댓값을 취하는 연산이며, 차이 연산으로 구한 결과 영상을

차영상(difference image) 이라고 한다.

​

OpenCV에서 차영상을 구하기 위해 absdiff() 함수를 제공한다.

​

absdiff();

void absdiff(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 출력 행렬로 입력 행렬과 같은 크기, 같은 수의 행렬이 생성된다.

 

차이 연산을 이용하면 2개의 영상에서 변화가 있는 영역을 쉽게 찾을 수 있다.

움직임이 없는 정적인 배경 영상에서 자동차가 지나가는 사진에 차이 연산을 수행하면 움직이는 자동차 영역에서만

픽셀 값 차이가 두드러지게 나타나므로 변화된 부분만 추출해낼 수 있다.

​

OpenCV에서 행렬의 곱셈과 나눗셈 함수도 제공한다.

영상도 일종의 행렬이므로 입력 영상을 행렬로 생각하여 곱, 나눗셈이 가능하다.

그러나 곱셈과 나눗셈을 사용하는 경우는 많지 않다.

​

multiply();

void multiply(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, scale, int dtype = -1);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 입력 행렬과 같은 크기.
scale : 추가적으로 확대/축소할 비율
dtype : 출력 행렬의 깊이

 

divide();

void divide(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, scale, int dtype = -1);

src1 : 1번째 입력 행렬 또는 스칼라
src2 : 2번째 입력 행렬 또는 스칼라
dst : 입력 행렬과 같은 크기.
scale : 추가적으로 확대/축소할 비율
dtype : 출력 행렬의 깊이