Python图像处理丨认识图像锐化和边缘提取的4个算子

摘要:图像锐化和边缘提取技术可以消除图像中的噪声,提取图像信息中用来表征图像的一些变量,为图像识别提供基础。

本文分享自华为云社区《[Python图像处理] 十七.图像锐化与边缘检测之Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子和Laplacian算》,作者: eastmount 。

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由于收集图像数据的器件或传输数图像的通道的存在一些质量缺陷,文物图像时间久远,或者受一些其他外界因素、动态不稳定抓取图像的影响,使得图像存在模糊和有噪声的情况,从而影响到图像识别工作的开展。这时需要开展图像锐化和边缘检测处理,加强原图像的高频部分,锐化突出图像的边缘细节,改善图像的对比度,使模糊的图像变得更清晰。

图像锐化和边缘提取技术可以消除图像中的噪声,提取图像信息中用来表征图像的一些变量,为图像识别提供基础。通常使用灰度差分法对图像的边缘、轮廓进行处理,将其凸显。本文分别采用Laplacian算子、Robert算子、Prewitt算子和Sobel算子进行图像锐化边缘处理实验。本文主要讲解灰度线性变换,基础性知识希望对您有所帮助。

该系列在github所有源代码:https://github.com/eastmountyxz/ImageProcessing-Python

一.Roberts算子

Roberts算子又称为交叉微分算法,它是基于交叉差分的梯度算法,通过局部差分计算检测边缘线条。常用来处理具有陡峭的低噪声图像,当图像边缘接近于正45度或负45度时,该算法处理效果更理想。其缺点是对边缘的定位不太准确,提取的边缘线条较粗。

Roberts算子的模板分为水平方向和垂直方向,如公式(11.7)所示,从其模板可以看出,Roberts算子能较好的增强正负45度的图像边缘。

详细计算公式如下所示:(PS-下图参考自己的书和论文)

在Python中,Roberts算子主要通过Numpy定义模板,再调用OpenCV的filter2D()函数实现边缘提取。该函数主要是利用内核实现对图像的卷积运算,其函数原型如下所示:

dst = filter2D(src, ddepth, kernel[, dst[, anchor[, delta[, borderType]]]])

  • src表示输入图像
  • dst表示输出的边缘图,其大小和通道数与输入图像相同
  • ddepth表示目标图像所需的深度
  • kernel表示卷积核,一个单通道浮点型矩阵
  • anchor表示内核的基准点,其默认值为(-1,-1),位于中心位置
  • delta表示在储存目标图像前可选的添加到像素的值,默认值为0
  • borderType表示边框模式

Python实现代码如下所示:

# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2  
import numpyas np  
import matplotlib.pyplotas plt
#读取图像
img= cv2.imread('lena.png')
lenna_img= cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2RGB)
#灰度化处理图像
grayImage= cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
#Roberts算子
kernelx= np.array([[-1,0],[0,1]], dtype=int)
kernely= np.array([[0,-1],[1,0]], dtype=int)
x= cv2.filter2D(grayImage, cv2.CV_16S, kernelx)
y= cv2.filter2D(grayImage, cv2.CV_16S, kernely)
#转uint8 
absX= cv2.convertScaleAbs(x) 
absY= cv2.convertScaleAbs(y) 
Roberts= cv2.addWeighted(absX,0.5,absY,0.5,0)
#用来正常显示中文标签
plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']
#显示图形
titles= [u'原始图像', u'Roberts算子'] 
images= [lenna_img, Roberts] 
for i in xrange(2): 
 plt.subplot(1,2,i+1), plt.imshow(images[i], 'gray') 
 plt.title(titles[i]) 
 plt.xticks([]),plt.yticks([]) 
plt.show()

新闻标题:Python图像处理丨认识图像锐化和边缘提取的4个算子
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