为何我的图像堆叠代码会导致结果出现色带与色彩溢出？

我用OpenCV编写了一个简单的图像堆叠程序，功能是对两张图像的相同像素取颜色平均值。代码在图像暗区表现正常，但亮区存在异常。测试时先用同一张图做验证，理论结果应与原图一致，但保存后的图像暗区无变化，亮区却变为其他颜色。此前怀疑是OpenCV的RGB与BGR转换问题，但已排除该可能，现寻求问题根源。

对比图像 #

• 原图：
• 堆叠后图像：

所用代码 #

import cv2
import os
import numpy as np

np.seterr(over ="ignore") # 隐藏numpy错误

# 图像文件夹
folder = "sample/"

# 列出文件夹中所有图像
img_lst = [folder + i for i in os.listdir(folder)] 

# 获取图像的行和列数
img = cv2.imread(img_lst[0] , -1) 
print("processing image 1: " + img_lst[0], ", rows: " + str(img.shape[0]) + ", columns: " + str(img.shape[1]))

rows = img.shape[0]
columns = img.shape[1]

# 输出图像
final_img = np.asarray(img)
final_img.setflags(write=True)

# 堆叠处理
img_num = 1; row = 0; column = 0; color = 0

while img_num < len(img_lst): # 读取列表中所有图像

    img = np.asarray(cv2.imread(img_lst[img_num] , -1))
    print("processing image " + str(img_num + 1))
    
    # 遍历所有像素
    while row < rows:
        while column < columns:
            while color < 3:
                # 对颜色值取平均
                final_img[row][column][color] = int((final_img[row][column][color] + img[row][column][color])/2)
                color += 1
            
            color =0
            column += 1
        
        column = 0
        row += 1

    row = 0
    img_num += 1


print("finished...")              
cv2.imwrite(folder + "final.jpg", final_img) # 保存最终图像

问题根源 #

问题出在无符号整数溢出与截断：

1. OpenCV读取JPG图像默认返回uint8类型数组，该类型数值范围为0-255。当亮区像素值（比如250）相加时，250+250=500，超出uint8的存储上限，会发生溢出截断（500 mod 256 = 244），再除以2得到122，与原像素值偏差极大，导致亮区变色。
2. 暗区像素值小（比如50），相加后100未超出255范围，计算结果正常，因此暗区无异常。
3. 你设置了np.seterr(over ="ignore")，直接隐藏了溢出错误提示，导致无法直观发现问题。

解决方案 #

处理前先将图像转换为高精度类型（如float32），计算完成后再转回uint8，同时用numpy向量运算替代低效的嵌套循环：

import cv2
import os
import numpy as np

# 图像文件夹
folder = "sample/"

# 列出文件夹中所有图像
img_lst = [folder + i for i in os.listdir(folder)] 

# 读取第一张图并转换为float32类型
final_img = cv2.imread(img_lst[0] , -1).astype(np.float32)
print(f"processing image 1: {img_lst[0]}, rows: {final_img.shape[0]}, columns: {final_img.shape[1]}")

# 堆叠处理
for img_num in range(1, len(img_lst)):
    img = cv2.imread(img_lst[img_num] , -1).astype(np.float32)
    print(f"processing image {img_num + 1}")
    # 向量运算替代嵌套循环，效率更高
    final_img = (final_img + img) / 2

# 转换回uint8类型并保存
final_img = final_img.astype(np.uint8)
print("finished...")              
cv2.imwrite(folder + "final.jpg", final_img)

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user18769601