圖像運算詳解：加法運算與加權運算
在數字圖像處理中，圖像運算是基礎且常用的操作之一。它能夠對兩幅圖像或圖像與常數進行加減乘除，從而實現亮度調整、融合疊加、特效制作等功能。本文將重點介紹 OpenCV 中的圖像加法運算與加權運算，包括它們的底層規則與區別。
?先準備兩張圖片：
1. 圖像加法運算
圖像加法運算可以用兩種方式實現：
直接使用
+號運算符使用
cv2.add()函數
雖然它們的寫法類似，但處理結果有差異。
+ 號運算規則（NumPy 方式）
當使用 + 對兩個圖像的像素進行加法時，遵循 取模（mod 256）規則：
如果某個像素位置的兩個值相加后 小于 255，則結果等于它們的和；
如果某個像素位置的兩個值相加后 大于 255，結果會被截斷，并對 256 取模，例如：
250 + 10 = 260 → 260 - 256 = 4即:260 → 4
代碼示例：
import cv2a = cv2.imread('penguin.jpg')
c = a + 10 # 整體亮度+10
cv2.imshow('a+10', c)
cv2.waitKey(0)
特點：
會產生“回繞”現象（高亮區域變暗）。
結果：
2?cv2.add()運算
原理：
cv2.add() 是 OpenCV 提供的逐像素加法運算函數，用于將兩幅圖像或圖像與常數進行加法處理。
在數學上，它實現的是：
當使用 cv2.add() 時，規則不同：
如果相加結果 小于 255，則直接為相加之和；
如果相加結果 大于 255，則直接 飽和為 255（不會回繞）。
主要特性
逐像素加法
對圖像中每個像素點分別計算
src1_pixel + src2_pixel。適用于單通道（灰度）和多通道（BGR、RGBA）圖像。
飽和運算（Saturation Arithmetic）
如果加法結果大于 255，則直接設為 255。
不會出現
+號運算那種 取模回繞 現象。這保證了圖像亮度不會出現意外變暗。
支持圖像與常數相加
如果要整體調亮，可以加上一個常數矩陣，常數會廣播到每個像素。
基本語法
dst = cv2.add(src1, src2, dtype=None, mask=None)參數說明：
src1, src2
輸入的兩幅圖像（大小、通道數必須一致），也可以是常數矩陣。dtype
可選，輸出圖像的數據類型；若為None則和輸入相同。mask
可選掩膜，只在掩膜為非零的區域執行加法，其余區域保持原值。
代碼示例：
d = a[0:500,500:1000]+b[0:500,0:500]
e = cv2.add(a[0:500,500:1000],b[0:500,0:500]) # 使用 cv2.add()
cv2.imshow('a+b',d)
cv2.imshow('add(a,b)',e)
cv2.waitKey(0)
切割：
[0:500, 500:1000]表示數組切片，選取圖像的某個矩形區域。
0:500→ 高度方向（y 軸）：從第 0 行到第 499 行（共 500 行）500:1000→ 寬度方向（x 軸）：從第 500 列到第 999 列（共 500 列）
結果：
解析：（[255,255,255]為白色）
a+b的結果圖片像素數值會回繞
add(a,b)則會飽和到255
2. cv2.addWeighted()圖像加權運算
有時我們需要將兩幅圖像按比例融合，而不是簡單相加。這時就可以使用 加權和 公式：
α（alpha）：第一幅圖像的權重
β（beta）：第二幅圖像的權重
γ（gamma）：亮度偏移值（常數）
基本語法
dst = cv2.addWeighted(src1, alpha, src2, beta, gamma)參數說明
| 參數 | 說明 |
|---|---|
src1 | 第一張輸入圖像（矩陣） |
alpha | 第一張圖像的權重系數 |
src2 | 第二張輸入圖像（矩陣），大小、通道必須與 src1 相同 |
beta | 第二張圖像的權重系數 |
gamma | 亮度調整常數，直接加到最終結果上 |
代碼示例：
a = cv2.resize(a, (800, 600))
b = cv2.resize(b, (800, 600))# α = 0.6, β = 0.4, γ = 10
f = cv2.addWeighted(a, 0.6, b, 0.4, 10)
cv2.imshow('addWeighted', f)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
效果：
0.6 和 0.4 表示 a 圖像占 60%，b 圖像占 40%。
γ = 10 表示整體亮度提升 10。
3. 三種方式對比
| 方法 | 溢出處理方式 | 應用場景 |
|---|---|---|
+（NumPy） | 取模（回繞） | 特殊視覺效果、循環色彩變換 |
cv2.add() | 飽和到 255 | 普通加法、避免溢出 |
cv2.addWeighted() | 飽和到 255（帶權重和亮度調節） | 圖像融合、透明度調整 |
4. 注意事項
兩幅圖像必須 大小相同、通道數一致，否則需先使用
cv2.resize()統一尺寸。如果僅調整亮度，
cv2.convertScaleAbs()也可以實現，更快更安全。加權運算的 α 與 β 不一定要加起來等于 1，但一般這樣可以避免過度曝光。
5. 應用實例
圖像融合：將兩張風景圖柔和地合成一張。
特效制作：用 NumPy 加法制造像素回繞的炫彩效果。
亮度調節：用
cv2.addWeighted()調節透明度和亮度。
