3.1 关于混合图像的思考

照片记录了特定时间和空间的光线。通常，在现代摄影中，胶片或数字传感器只暴露几毫秒，人们将这个时间认为是一瞬间。我们，作为观众，有时可能会觉得照片是一份遗嘱，一个真实的时刻，在这个时刻，所有的复杂事物的事实和元素都是赤裸裸的。
看看下面这张由甘地于1940年2月拍摄的照片。1938年至1948年间，摄影师记录了他的叔叔圣雄甘地的私生活，圣雄甘地是印度独立领袖和和平主义哲学家。在这里，我们看到圣雄甘地（左）与诺贝尔奖获得者诗人泰戈尔（右）在一起冥想：

乍一看，我们可以把这解释为一张纪录片，这引起了我们对两个名人私下会面的好奇。我们可以想象，当我们试图猜测他们的想法时，我们只是在研究关于男人的姿势、他们的表情、他们的周围环境的事实。现在，仔细看看图片的底部。你看见那两个人坐在一片树冠上，泰戈尔长袍的下摆像鬼一样渐渐消失了？
图像是部分双曝光。在两次曝光之间，胶卷没有像平时那样向前推进。这是常见的机械故障，使一部分胶片曝光两次，产生鬼影般的双图像。在这种情况下双重曝光可能是偶然的，但我们可以想象，圣雄甘地对这个结果会非常满意。
再次，看看整个图像，并考虑部分双重曝光是如何提升你的它的印象。虽然这两个人正在往下看，但我们可以想象他们注意到了上面的树和天空。这幅画传达了这样一种感觉：树冠辽阔，围绕四周。这种开放感在近距离低视点的正方形照片中尤其罕见。这个场景的再现，确实是,打破了地点之间的界限，给了我们一个既亲近又宏大的视角。
使用胶卷相机和暗室，混合图像的创建是缓慢而需要大量思考的工作。摄影师必须有远见和毅力，对偶然的结果保持开放的心态。从20世纪90年代开始，扫描仪和图像编辑软件开始使更广泛的受众能够创建混合图像。当我12岁的时候，我父亲和我在Photoshop上过一门课，我对这个软件的基本概念印象深刻，那就是图像是层的混合物。我学会了如何扫描照片，将它们放在彼此之上，使它们的一部分透明，并选择算法或混合模式来混合不透明的部分。使用33MHz的CPU，这个过程并不快，但是与我用手能做的任何事情相比，我认为这是惊人的！
现在，Photoshop在大多数硬件上都很快，并且有优秀的免费替代品，比如GNU图像操纵程序（GIMP）。此外，如果我们使用数码相机，我们不需要扫描仪！我们可以快速建立一个图片库，并用混合的方法进行实验。

[GIMP的文档中用公式和示例描述了它的混合模式,文档位于https://docs.gimp.org/en/gimp-concepts-layer-modes.html。Photoshop的文档也介绍了混合模式,位于https://helpx.adobe.com/photoshop/using-modes.使用OpenCV，这些混合模式可以实现为cv::addWeighted,cv::subtract和cv::multiply等算术函数的组合，这些函数在API文档http://docs.opencv.org/3.1.0/d2/de8/group__core__array.html中有描述。]
Photoshop和GIMP中的默认混合模式是上层和下层的加权平均值。另一种混合模式称为“屏幕”，类似于双重曝光。假设我们使用的是每个颜色通道8位（256级），“屏幕"对每个像素的每个通道应用以下公式：
dst=(255-(255-scrupper)*(255-srclower))/255
这种模式倾向于产生一种明亮的混合，比如双重曝光。相反，一个称为"乘法"的模式倾向于使用以下公式生成一个暗混合：
dst=srcUpper*srcLower/255
我们将在Lightwork中实现"屏幕”、“乘法"和简单的平均混合模式。我们还将实现一个原始的混合模式，我们称之为"HUD”，因为它将类似于平视显示器（HUD）。平视显示器是一种用于飞机驾驶舱的透明屏幕。这是一张F/A-18C大黄蜂喷气式飞机上的平视显示器的照片：

如果你在看电子书，你会发现平视显示器的文本和线条是黄绿色的，这是平视显示器中常用的颜色，因为这种颜色在大多数背景下都很突出。我们的HUD混合模式将在上层找到文本和其他锐利的线条，将它们染成黄绿色，然后使用与屏幕相同的公式将它们叠加到下层。
为了找到尖锐的边缘,我们将依赖一种称为核滤波器或卷积矩阵的算法。输出图像中的每个像素是输入图像中像素邻域的加权平均值。根据权重的不同，核滤波器可能会达到不同的效果。它可能会使图像模糊、锐化，甚至将其变成轮廓图。考虑以下3 x 3输入邻域的核权重示例：

Photoshop、GIMP和OpenCV实现了一个通用的核滤波器和多种特殊情况，包括高斯模糊效果和拉普拉斯边缘发现效果。我们的HUD混合模式将应用高斯模糊滤波器来减少噪声，然后使用拉普拉斯滤波器来查找边缘。

[GIMP的文档https://docs.gimp.org/en/plug-in-convmatrix.html描述了卷积矩阵,Photoshop的相关描述文档位于https://helpx.adobe.com/photoshop/using/filter-effects-reference.htmlPhotosop的通用实现,叫做"Custom"滤波器.OpenCV的通用实现是’cv::filter2d’函数,同时具体的实现包括:‘cv::GaussianBlur’和’cv::Laplacian’,详情参考文档:http://doc.opencv.org/3.1.0/d4/d86/group__imgproc__fitler.html].

有选择地实时混合两个图像的能力是向增强现实（AR）迈进的一步。AR包含了广泛的技术，使用户能够感知虚拟环境，就好像它是真实环境的一部分。例如，考虑一下NASA使用的无人机导航应用程序的以下屏幕截图：

在这里，我们看到导航数据和一张简单的着陆带地图，叠加在无人机的实况视频上。由于云层覆盖，着陆带在原始视频中很难看到，但由于AR，着陆带上有清晰的标记。因此，远程飞行员可以引导无人机安全着陆。
Lightwork并不是一个成熟的AR应用程序，但是用户可以为了艺术或实用的目的叠加图像。我们将在第4章进一步探讨AR，检测和融合哺乳动物的面部。

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