イメージスティッチング
【概要】
OpenCV のスティッチング API(cv2.Stitcher クラス)を用いて,複数の画像から1枚のパノラマ画像を合成する「イメージスティッチング」の手順を説明する。Python と OpenCV を組み合わせ,サンプル画像(boat1.jpg〜boat6.jpg)に対してスティッチングを実行し,結果を Matplotlib で表示する。
【目次】
【関連する外部ページ】
- OpenCV の公式ページ:https://opencv.org
- GitHub の OpenCV のページ:https://github.com/opencv/opencv/releases
【サイト内の関連情報】
- OpenCV について [PDF] ,[パワーポイント]
- OpenCV のインストール,画像表示を行う C++ プログラムの実行手順:別ページ »で説明
- OpenCV と Python を活用した画像・ビデオ処理プログラム:別ページ »にまとめ
- OpenCV 4 の C/C++ プログラム:別ページ »にまとめている。
Python 3.12 のインストール
Pythonのインストールを行い、Pythonのプログラムを実行する環境を整える。扱う環境は、Windows搭載パソコンである。金子研究室では、Python 3.12.10を推奨する。
[Windows での Python 3.12 のインストール手順を見るには、ここをクリック]
Windows での Python 3.12 のインストール
以下のいずれかの方法でPython 3.12をインストールする。Pythonがインストール済みの場合、この手順は不要である。
方法 1:winget によるインストール
【インストールコマンドの実行方法】
管理者権限でコマンドプロンプトを起動する(手順:Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」)。そして、コマンド全体をコマンドプロンプトにコピー&ペーストする。
--scope machine を指定することで、システム全体(全ユーザー向け)にインストールされる。このオプションの実行には管理者権限が必要である。インストール完了後、コマンドプロンプトを再起動するとPATHが反映される。
REM Python 3.12 をシステム領域にインストール
winget install --id Python.Python.3.12 -e --scope machine --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements --override "/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1 Include_test=0 Include_pip=1 Include_launcher=1 InstallLauncherAllUsers=1 TargetDir=\"C:\Program Files\Python312\""
REM Python と Scripts を PATH 先頭に追加
powershell -NoProfile -Command "$p='C:\Program Files\Python312'; $s=\"$p\Scripts\"; $c=[Environment]::GetEnvironmentVariable('Path','Machine'); if((Test-Path $p) -and (';'+$c+';' -notlike \"*;$p;*\") -and (';'+$c+';' -notlike \"*;$s;*\")){[Environment]::SetEnvironmentVariable('Path',\"$p;$s;$c\",'Machine')}"
方法 2:インストーラーによるインストール
- Python公式サイト(https://www.python.org/downloads/)にアクセスし、「Download Python 3.x.x」ボタンからWindows用インストーラーをダウンロードする。
- ダウンロードしたインストーラーを実行する。
- 初期画面の下部に表示される「Add python.exe to PATH」にチェックを入れてから「Customize installation」を選択する。このチェックを入れ忘れると、コマンドプロンプトから
pythonコマンドを実行できない。 - 「Install Python 3.xx for all users」にチェックを入れ、「Install」をクリックする。
インストールの確認
コマンドプロンプトで以下を実行する。
python --version
バージョン番号(例:Python 3.12.x)が表示されればインストール成功である。「'python' は、内部コマンドまたは外部コマンドとして認識されていません。」と表示される場合は、インストールが正常に完了していない。
Python の開発環境 Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定
Python の開発環境Visual Studio Code(プログラムを編集するソフトウェア。以下、VS Code)を整える。
[Windows での Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定手順を見るには、ここをクリック]
Windows での Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定手順
1. VS Code と拡張機能のインストール
以下のコマンドにより,既存の VS Code を削除し,全ユーザー共有の設定で再インストールしたうえで,拡張機能(VS Code に機能を追加するソフトウェア)をまとめて導入する.
【インストールコマンドの実行方法】
管理者権限でコマンドプロンプトを起動する(手順:Windows キーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」)。そして,コマンド全体をコマンドプロンプトにコピー&ペーストする。
インストールコマンド
REM ============================================================
REM Microsoft Visual Studio Code
REM ============================================================
winget uninstall -e --id Microsoft.VisualStudioCode --silent --disable-interactivity --accept-source-agreements
rmdir /s /q C:\ProgramData\vscode-extensions 2>nul
rmdir /s /q "%APPDATA%\Code" 2>nul
rmdir /s /q "%USERPROFILE%\.vscode" 2>nul
rmdir /s /q "%LOCALAPPDATA%\Microsoft\vscode-update" 2>nul
REM VS Code をシステム領域に新規インストール
winget install --scope machine --id Microsoft.VisualStudioCode -e --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements
REM 全ユーザー共有の拡張機能フォルダ
mkdir C:\ProgramData\vscode-extensions 2>nul
icacls "C:\ProgramData\vscode-extensions" /grant "Everyone:(OI)(CI)M" /T
REM スタートメニューのショートカットを --extensions-dir 付きで再作成
rmdir /s /q "C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code" 2>nul
del "C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk" 2>nul
powershell -NoProfile -Command "$s=New-Object -ComObject WScript.Shell; $lnk=$s.CreateShortcut('C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk'); $lnk.TargetPath='C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe'; $lnk.Arguments='--extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\"'; $lnk.Save()"
REM ショートカットの検証
powershell -NoProfile -Command "$s=New-Object -ComObject WScript.Shell; $lnk=$s.CreateShortcut('C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk'); Write-Host 'TargetPath:' $lnk.TargetPath; Write-Host 'Arguments:' $lnk.Arguments"
REM ファイル / フォルダ右クリックの「Code で開く」を登録
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\*\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%1\"" /f
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\Directory\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%1\"" /f
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\Directory\Background\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%V\"" /f
REM --extensions-dir 付きで起動する code.cmd ラッパを作成
REM (%* を echo で書くと対話的 cmd で失われるため、PowerShell で [char]37+'*' を書き出す)
powershell -NoProfile -Command "$pct=[char]37; $q=[char]34; $c='@echo off'+[char]13+[char]10+$q+'C:\Program Files\Microsoft VS Code\bin\code.cmd'+$q+' --extensions-dir '+$q+'C:\ProgramData\vscode-extensions'+$q+' '+$pct+'*'+[char]13+[char]10; [IO.File]::WriteAllText('C:\ProgramData\vscode-extensions\vscode.cmd',$c,[Text.Encoding]::ASCII)"
REM 拡張機能のインストール
set "CODE=C:\Program Files\Microsoft VS Code\bin\code.cmd"
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --uninstall-extension GitHub.copilot
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --uninstall-extension GitHub.copilot-chat
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.python
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.vscode-pylance
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.debugpy
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension MS-CEINTL.vscode-language-pack-ja
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension saoudrizwan.claude-dev
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension rust-lang.rust-analyzer
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension tamasfe.even-better-toml
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension anthropic.claude-code
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension almenon.arepl
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --list-extensions --show-versions
echo === セットアップ完了 ===
2. Python インタプリタの選択
同一マシンに複数の Python がインストールされている場合,VS Code で使用する Python 本体(インタプリタ:Python プログラムを解釈・実行するソフトウェア)を選択する必要がある.
- コマンドパレット(コマンド名で機能を呼び出す VS Code の入力欄)を開く(
Ctrl+Shift+P) Python: Select Interpreterと入力する
- 表示される一覧から,使用する Python(例:
C:\Program Files\Python312\python.exe)を選択する.
Python プログラム実行手順
[Windows での Python プログラム実行手順を見るには、ここをクリック]
Windows での Python 実行手順(Visual Studio Codeを使用)
プログラムファイルの作成と保存
- 左サイドバーの「エクスプローラー」アイコン(
Ctrl+Shift+E)をクリックする
- 「NO FOLDER OPENED」(作業対象フォルダが未選択の状態)と表示される場合は,「Open Folder」をクリックし,プログラムを保存するフォルダを選択する
続いて「フォルダを信用するか」を確認する画面(フォルダ内のコードを実行してよいか確認する VS Code の仕組み)が表示されるので,チェックして Yes を選択する
- フォルダ名の右側に表示される「新しいファイル」アイコンをクリックする
- ファイル名(例:
aitask.py.ファイル名は何でも良い)を入力しEnterを押す.拡張子は.py(Python ファイルを示す拡張子)とする
- 実行したいコードを選択し,
Ctrl+Cでコピーする.VS Code のエディタ領域にCtrl+Vで貼り付ける Ctrl+Sで保存する
プログラムの実行
- エディタ右上の三角形「▷」アイコン(Run Python File:現在開いている Python ファイルを実行するボタン)をクリックする.または,エディタ上で右クリックし「ターミナルで Python ファイルを実行」を選択する
- VS Code 下部のターミナル(コマンドの入出力を表示する画面)に,実行結果(
print関数の出力等)が表示される
- tkinter(Python 標準の GUI ライブラリ)のファイル選択ダイアログを使うプログラムを実行した場合は,ダイアログが開くので対象画像を選択する
- VS Code 下部のターミナルで実行結果を確認する.OpenCV ウィンドウ(OpenCV が画像を表示するために開く専用ウィンドウ)が開いた場合はそちらも確認する.OpenCV ウィンドウは,マウスクリックでウィンドウをアクティブ(操作対象の状態)にしてからキーを押すと終了する
opencv-python,opencv-contrib-python,numpy のインストール(Windows 上) [クリックして展開]
次のコマンドは,旧バージョンを削除し,Python 用 opencv-python のインストールを行う。 最後の行はバージョン確認用のコマンドである。
管理者権限でコマンドプロンプトを起動する
(手順:Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」)。
以下を実行する。
python -m pip uninstall -y opencv-python
python -m pip uninstall -y opencv-python-headless
python -m pip uninstall -y opencv-contrib-python
python -m pip install -U --no-user opencv-python opencv-contrib-python numpy
python -c "import sys, cv2; print(f'Python version: {sys.version}\nOpenCV version: {cv2.__version__}')"
1. 実行のための準備とその確認手順(Windows 前提)
1.1 プログラムファイルの準備
第3章のソースコードをテキストエディタ(Visual Studio Codeやメモ帳など)に貼り付け,stitch.py として保存する(文字コード:UTF-8)。
1.2 実行コマンド
コマンドプロンプトでファイルの保存先ディレクトリに移動し,以下を実行する。
python stitch.py
1.3 動作確認チェックリスト
| 確認項目 | 期待される結果 |
|---|---|
| サンプル画像の存在 | boat1.jpg〜boat6.jpg がユーザーのホームディレクトリに存在する |
| プログラム実行後 | スティッチングされたパノラマ画像が Matplotlib のウィンドウに表示される |
| 表示されたパノラマ画像 | 6枚の画像が1枚に合成され,タイトル「Stitched Panorama」が表示される |
| 軸の表示 | 画像表示領域に座標軸の目盛りが表示されない(plt.axis('off') による) |
2. 概要・使い方・実行上の注意
サンプル画像
本記事で使用するサンプル画像は,OpenCV の公式リポジトリで提供されているスティッチング用テストデータである。
画像のダウンロード
curl コマンドまたは Web ブラウザでダウンロードできる。
cd /d c:%HOMEPATH%
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat1.jpg?raw=true -o boat1.jpg
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat2.jpg?raw=true -o boat2.jpg
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat3.jpg?raw=true -o boat3.jpg
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat4.jpg?raw=true -o boat4.jpg
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat5.jpg?raw=true -o boat5.jpg
curl -L https://github.com/opencv/opencv_extra/raw/4.x/testdata/stitching/boat6.jpg?raw=true -o boat6.jpg
プログラムの動作
本プログラムは,cv2.Stitcher.create() で Stitcher オブジェクトを生成し,stitch() メソッドに画像リストを渡してパノラマ画像を合成する。stitch() は合成の成否を示す状態コードとパノラマ画像を返す(合成に失敗した場合はパノラマ画像が得られない)ため,状態コードが cv2.Stitcher_OK であることを確認してから結果を表示する。合成結果は cv2.cvtColor() で BGR から RGB に変換し,Matplotlib の plt.imshow() で表示する。
画像パスの設定
実行結果
スティッチングが正常に完了すると,以下のようなパノラマ画像が表示される。ソースコードは第3章に掲載している。
3. ソースコード
以下は,6枚のサンプル画像を読み込み,イメージスティッチングを実行してパノラマ画像を表示する Python プログラムである。実行環境に応じて IMROOT の値を変更すること(第2章「画像パスの設定」を参照)。
import os
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
IMROOT = os.path.expanduser('~') + '/'
image_names = [IMROOT + f"boat{i}.jpg" for i in range(1, 7)]
images = [cv2.imread(name) for name in image_names]
stitcher = cv2.Stitcher.create()
status, pano = stitcher.stitch(images)
if status != cv2.Stitcher_OK:
raise RuntimeError(f"スティッチングに失敗した(状態コード: {status})")
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.imshow(cv2.cvtColor(pano, cv2.COLOR_BGR2RGB))
plt.axis('off')
plt.title('Stitched Panorama')
plt.show()
4. まとめ
イメージスティッチング
イメージスティッチングは,複数の画像から1枚のパノラマ画像を合成する技術である。本記事では OpenCV の cv2.Stitcher クラスを用いて,6枚のサンプル画像からパノラマ画像を生成した。
OpenCV の高水準スティッチング API
cv2.Stitcher.create() で Stitcher オブジェクトを生成し,stitch() メソッドに画像リストを渡すことで,特徴点の検出・マッチング・変換推定・合成までの一連の処理を実行できる。
サンプル画像の取得
OpenCV の公式リポジトリ(opencv_extra)にスティッチング用テストデータが提供されており,curl コマンドまたは Web ブラウザでダウンロードできる。
画像パスの設定
Windows では os.path.expanduser('~') でユーザーのホームディレクトリを取得する。Google Colaboratory では ./ に書き換える。
結果の表示
合成されたパノラマ画像は cv2.cvtColor() で BGR から RGB に変換し,Matplotlib の plt.imshow() で表示する。plt.axis('off') により座標軸を非表示にしている。