使用Java、OpenCV与Quarkus进行图像处理

本文详细介绍了如何在Java中使用OpenCV和Quarkus框架进行图像处理，包括项目设置、实时编码、图像加载保存、高斯模糊和灰度转换等具体技术实现。

使用Java、OpenCV与Quarkus进行图像处理

如果你对计算机视觉感兴趣，你可能已经熟悉OpenCV。这是一个出色的库，几乎包含进行2D和3D处理所需的一切功能。手势识别、人脸检测、运动跟踪，任何与图像处理相关的需求，OpenCV都可以成为你的首选。它基于BSD许可证，因此你可以直接下载并开始使用。

OpenCV是用C语言编写的，也有很好的Java绑定。如果你像我一样是Java开发者，不想涉及所有加载和构建本地绑定的工作，那么请继续阅读。在本文中，我将展示如何将OpenCV与流行的新框架Quarkus一起使用，而无需担心安装库或重新加载整个应用程序。

Quarkus是一个容器优先、Kubernetes原生的框架，由Red Hat发起，完全专注于开发者的愉悦体验。在我看来，最有趣的部分是实时编码功能，我们将在应用程序中看到这一点。即使使用JNI，我也不需要不断构建和重新加载应用程序，只需轻松地继续编码。我真的很喜欢这一点！它让生活更简单。

设置

假设你有一个可用的Java环境，包括Java运行时和Maven或Gradle构建系统。你可能认为需要下载OpenCV库才能使JNI工作等等，但猜猜看，你不需要！Quarkus OpenCV扩展将处理这一切。Quarkus扩展是为核心Quarkus框架启用更多功能的一种方式。Quarkiverse是存放所有扩展的中心。因此，如果你正在寻找一个优秀的框架来生成文档，或使用hibernate-search进行模糊搜索，或集成Amazon服务等等，请自行查看这里。

我们将使用Quarkus-OpenCV扩展。为此，我们首先从code.quarkus.io创建一个简单的Java CLI项目。有几种开始的方式。可以前往code.quarkus.io并在那里创建项目，或运行本地Maven命令，或使用Quarkus CLI。我将采用我最熟悉的方法。让我们从Maven开始。

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mvn io.quarkus.platform:quarkus-maven-plugin:2.7.5.Final:create \
    -DprojectGroupId=org.acme \
    -DprojectArtifactId=getting-started \
    -Dextensions="resteasy"

cd getting-started

./mvnw quarkus:add-extension -Dextensions="io.quarkiverse.opencv:quarkus-opencv"

第一条命令从code.quarkus.io下载启动项目，项目名为getting-started。第二条命令切换到新创建的项目目录。最后，我将Quarkiverse的OpenCV扩展添加到我们的项目中。

现在我们应该有一个可以开始工作的项目了。让我们在IDE中打开它。然后检查pom.xml是否具有正确的依赖项。如果你正在跟随操作，请确保pom.xml中的依赖项列表如下。

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<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-arc</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.quarkiverse.opencv</groupId>
        <artifactId>quarkus-opencv</artifactId>
        <version>LATEST</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.quarkus</groupId>
        <artifactId>quarkus-junit5</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.rest-assured</groupId>
        <artifactId>rest-assured</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

接下来，由于我删除了rest-easy依赖项，我还将删除REST端点，即org.acme.GreetingResource.java及其测试。现在，我们有一个干净的项目可以开始了。

创建CLI主程序

Quarkus提供了创建命令行应用程序的选项，这非常酷，因为你还可以将这些编译成本地代码。在本博客中，我们只是为了演示目的制作一个简单的应用程序。但如果你正在寻找创建一些严肃的CLI应用程序的涅槃，请查看quarkus.io上使用picocli或JBang的指南。

在我的应用程序中，我尽量保持简单。让我们创建基础的QMain类。

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package org.acme;

import io.quarkus.runtime.QuarkusApplication;
import io.quarkus.runtime.annotations.QuarkusMain;

@QuarkusMain
public class QMain implements QuarkusApplication {

    @Override
    public int run(String... args) throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        return 0;
    }
}

我现在将在终端中运行此应用程序。命令应启动实时编码会话，因为应用程序已启动。

启动实时编码 

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~/demos/getting-started mvn quarkus:dev
Quarkus started

什么是实时编码？只需继续编码，不用担心重新启动应用程序，或添加新的依赖项和配置，或重新构建等等。你几乎不需要每次都重新启动应用程序！

我将让终端保持运行，并返回到QMain中的编码。我将添加两个类级别的属性，一个用于读取图像，另一个用于保存图像。Quarkus通过Microprofile API提供@ConfigProperty。这使我能够将配置属性注入到我的应用程序中。我是这样做的。

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// 在application.properties中设置这些
@ConfigProperty(name = "cli.sourceImagePath")
String testImage;

// 在application.properties中设置这些
@ConfigProperty(name = "cli.targetImagePath")
String targetImage;

在我的application.properties中，我添加了这些文件的路径。

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cli.sourceImagePath=images/testImage.jpg
cli.targetImagePath=images/testImageDetected-output.jpg

一个是cli.sourceImagePath，必须存在才能进行处理。而cli.targetImagePath不需要存在，因为我将把图像保存到那里。在我的情况下，我将图像添加到项目的根目录中，因此路径是images/。

加载和保存图像

现在回到QMain。我将为这些路径添加保存和加载方法。

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/**
 * 加载图像
 */
public Mat loadImage(String imagePath) {
    Imgcodecs imageCodecs = new Imgcodecs();
    return imageCodecs.imread(imagePath);
}

/**
 * 将图像保存到targetPath
 */
public void saveImage(Mat imageMatrix, String targetPath) {
    Imgcodecs imgcodecs = new Imgcodecs();
    imgcodecs.imwrite(targetPath, imageMatrix);
}

Mat有两个部分：图像头和数据矩阵。头是常量，但矩阵的大小取决于图像。Mat用于从路径加载图像，并形成我们执行图像操作的基本结构。

定义过滤器接口

为了处理多个过滤器来处理图像，我将定义一个接口，该接口将Mat作为源，处理它，然后返回Mat。这样，我可以在保存图像之前对其应用多个过滤器。

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package org.acme;

import org.opencv.core.Mat;

public interface Filter {

    public Mat process(Mat src);

}

连接点

最后，让我们尝试通过将方法调用添加到QMain的run方法来连接结构。并点燃一些乐趣！

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@Override
public int run(String... args) throws Exception {
    Mat m = loadImage(testImage);
    
    saveImage(m, targetImage);
    return 0;
}

很简单，上面我所做的只是加载图像并保存图像。还没有进行处理。如何测试？记住我们运行mvn quarkus:dev的终端。按空格键，程序将继续执行。多么酷啊！无需重建，所有配置、新类等一切都能正常工作。这就是Quarkus带来的开发者乐趣！

检查日志。它声明检测到application.properties的文件更改，此外还列出了已更改的类。刚刚发生了什么？Quarkus运行时刚刚执行了CLI应用程序。这意味着如果我转到cli.targetImagePath，我应该在那里看到一个创建的图像。此时，它将看起来与源图像相同，因为我还没有对其进行任何处理。猜猜看？这正是我计划现在要做的事情。

继续，我今天使用的图像由Unsplash上的Shuttergames提供。

高斯模糊

我创建的第一个过滤器是GaussianBlurfilter。它是一个低通滤波器，意味着它会衰减高频信号。整体的视觉效果将是一个平滑的模糊。

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package org.acme;

import org.opencv.core.Mat;
import org.opencv.core.Size;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;

public class GaussianBlur implements Filter {

    @Override
    public Mat process(Mat src) {
        
        if(src != null) {
            int MAX_KERNEL_LENGTH = 45;
            Mat dst = new Mat();
            for (int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2) {
                Imgproc.GaussianBlur(src, dst, new Size(i, i), 0, 0);
            }
            return dst;
        }
        
        else throw new IllegalArgumentException("Looking for Mat nothing found!, try passing org.opencv.core.Mat to process");
    }
}

上面我们定义了一个内核大小。内核是一个矩阵，定义了锚定像素及其周围像素如何根据提供的函数进行更改。内核将定义卷积的大小、权重和位于中心的锚点。process方法获取一个Mat对象，应用具有内核大小的高斯模糊过滤器，最后返回Mat对象。

RGB2Grey

将以下内容添加到QMain的run方法中，以便我可以调用我的过滤器。

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@Override
public int run(String... args) throws Exception {
    Mat m = loadImage(testImage);

    m = new GaussianBlur().process(m);

    saveImage(m, targetImage);
    return 0;
}

完美，现在如果我在终端再次按空格键，它应该执行我所有的更改。结果如下所示的模糊。模糊是平滑的，几乎就像覆盖了一个镜头。

接下来，让我们制作另一个过滤器。这次我如何使图像变灰。为此，OpenCV已经提供了一个简单的函数。再次，我使用Filter接口，因此传递一个Mat并接收一个返回。

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package org.acme;

import org.opencv.core.Mat;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;

public class RGB2Grey implements Filter{

    @Override
    public Mat process(Mat src) {
        if(src != null) {
            Mat dst = src;
            Imgproc.cvtColor(src, dst, Imgproc.COLOR_RGB2GRAY);
            return dst;
        }
        else throw new IllegalArgumentException("Looking for Mat nothing found!, try passing org.opencv.core.Mat to process");
    }
}

上面的代码使用ImgProc提供的操作将所有像素从RGB移动到灰度。

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m = new RGB2Grey().process(m);

将上述内容添加到我的run方法中，并在终端再次按空格键应再次执行我所有的更改。瞧！我有一个灰度图像。

希望你喜欢这个关于如何一起使用Quarkus和OpenCV的演练。更多示例，请查看带有代码示例的GitHub存储库。

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