void copyTo (OutputArray m, InputArray mask) const を使って、透過PNGを重ねる方法

void putTranspPng(cv::Mat &_frame, cv::Mat &_png, int _x, int _y)
{
    vector<cv::Mat> layers;
    cv::split(_png, layers);
    // 下記の処理は_pngがRGBAの4チャンネルMatである必要がある
    if (4 != layers.size())
        cerr << "putTranspPng() invalid input" << endl;
    // 貼り付ける画像（3チャンネル）
    cv::Mat rgb;
    cv::merge(layers.data(), 3, rgb);
    // copyToに使うmask（1チャンネル）
    cv::Mat mask = layers[3];
    // copyToに使うroi
    cv::Mat roi = _frame(cv::Rect(_x, _y, rgb.cols, rgb.rows));
    rgb.copyTo(roi, mask);
}

// frameの真ん中に小さい画像imgを重ねる場合
cv::Mat img = cv::imread("test.png", -1);
int x = frame.cols/2 - img.cols/2;
int y = frame.rows/2 - img.rows/2;
putTranspPng(frame, img, x, y);