opencv-python常用函数汇总

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前言

环境配置地址
Anaconda:https://www.anaconda.com/download/
Python_whl:https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/#opencv

一、图像基本操作

1.数据读取-图像

代码如下（示例）：

import cv2 #opencv读取的格式是BGR
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np 
img=cv2.imread('cat.jpg')

img=cv2.imread('cat.jpg',cv2.IMREAD_GRAYSCALE)   # 灰色
img=cv2.imread('cat.jpg',cv2.IMREAD_COLOR）    # 彩色 
hsv=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2HSV)    # HSV：H色调(主波长);S饱和度(纯度/颜色的阴影);V值(强度)

#显示图像。waitKey(0) 等待时间，毫秒级，0表示任意键终止
cv2.imshow('image',img) 
cv2.waitKey(0) 
cv2.destroyAllWindows()

def cv_show(name,img):
    cv2.imshow(name,img) 
    cv2.waitKey(0) 
    cv2.destroyAllWindows()

#保存
cv2.imwrite('mycat.png',img)
type(img)       # numpy.ndarray
img.dtype       # dtype('uint8')

2.数据读取-视频

cv2.VideoCapture可以捕获摄像头，用数字来控制不同的设备，例如0,1。
如果是视频文件，直接指定好路径即可。

vc = cv2.VideoCapture('test.mp4')

# 检查是否打开正确
if vc.isOpened(): 
    oepn, frame = vc.read()
else:
    open = False

while open:
    ret, frame = vc.read()
    if frame is None:
        break
    if ret == True:
        gray = cv2.cvtColor(frame,  cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        cv2.imshow('result', gray)
        if cv2.waitKey(100) & 0xFF == 27:
            break         # 100ms播放视频慢，27代表按退出键退出
vc.release()
cv2.destroyAllWindows()

3.颜色通道提取

b,g,r=cv2.split(img)
img=cv2.merge((b,g,r))

4.边界填充

BORDER_REPLICATE：复制法，也就是复制最边缘像素。
BORDER_REFLECT：反射法，对感兴趣的图像中的像素在两边进行复制例如：fedcba|abcdefgh|hgfedcb
BORDER_REFLECT_101：反射法，也就是以最边缘像素为轴，对称，gfedcb|abcdefgh|gfedcba
BORDER_WRAP：外包装法cdefgh|abcdefgh|abcdefg
BORDER_CONSTANT：常量法，常数值填充。

top_size,bottom_size,left_size,right_size = (50,50,50,50)

replicate = cv2.copyMakeBorder(img, top_size, bottom_size, left_size, right_size, borderType=cv2.BORDER_REPLICATE)
reflect = cv2.copyMakeBorder(img, top_size, bottom_size, left_size, right_size,cv2.BORDER_REFLECT)
reflect101 = cv2.copyMakeBorder(img, top_size, bottom_size, left_size, right_size, cv2.BORDER_REFLECT_101)
wrap = cv2.copyMakeBorder(img, top_size, bottom_size, left_size, right_size, cv2.BORDER_WRAP)
constant = cv2.copyMakeBorder(img, top_size, bottom_size, left_size, right_size,cv2.BORDER_CONSTANT, value=0)

import matplotlib.pyplot as plt
plt.subplot(231), plt.imshow(img, 'gray'), plt.title('ORIGINAL')
plt.subplot(232), plt.imshow(replicate, 'gray'), plt.title('REPLICATE')
plt.subplot(233), plt.imshow(reflect, 'gray'), plt.title('REFLECT')
plt.subplot(234), plt.imshow(reflect101, 'gray'), plt.title('REFLECT_101')
plt.subplot(235), plt.imshow(wrap, 'gray'), plt.title('WRAP')
plt.subplot(236), plt.imshow(constant, 'gray'), plt.title('CONSTANT')

plt.show()

5.图像融合

img_dog = cv2.resize(img_dog, (500, 414))
img_dog.shape                      # (414, 500, 3)

res = cv2.addWeighted(img_cat, 0.4, img_dog, 0.6, 0)
plt.imshow(res)

6.按比例缩放

res = cv2.resize(img, (0, 0), fx=1, fy=3)
plt.imshow(res)

7.亮度和对比度

import cv2
import numpy as np
 
image = cv2.imread('/home/xzz/Downloads/data/FLIR/Train_data_FLIR/vis/VIS4.jpg')
cv2.imshow("input",image)
 
# 创建一个与原图像一样大小的空白图像
blank = np.zeros_like(image)
blank[:,:] = (30,30,30)# 空白图像的bgr都为50，这里增加或者减小值
 
# 将原图像和空白图像相加即可增加亮度 
# result_1 = cv2.add(image,blank)
# cv2.imshow("result_1",result_1)
 
# 将原图像和空白图像相减即可减小亮度
result_2 = cv2.subtract(image,blank)
cv2.imshow("result_1",result_2)
 
 
# 创建一个与原图像一样大小的空白图像
blank = np.zeros_like(image)
blank[:,:] = (1.2,1.2,1.2)# bgr 分别为2，即为图像对比度比例
 
# # 将原图像和空白图像相乘即可增加对比度 
# result_1 = cv2.multiply(image,blank)
# cv2.imshow("result_1",result_1)
 
# 将原图像和空白图像相除即可减小对比度 
result_2 = cv2.divide(image,blank)
cv2.imshow("result_2",result_2)
    
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

8.直方图均衡化

#     # 彩色图像均衡化
#     (b, g, r) = cv2.split(img_test1)
#     bH = cv2.equalizeHist(b)
#     gH = cv2.equalizeHist(g)
#     rH = cv2.equalizeHist(r)
    
#     # 合并每一个通道
#     result = cv2.merge((bH, gH, rH))
#     cv2.imwrite(os.path.join(new_path, img_name.replace('VIS','00')), result)

二、阈值与平滑处理

1.阈值(灰度图)

ret, dst = cv2.threshold(src, thresh, maxval, type)
src： 输入图，只能输入单通道图像，通常来说为灰度图
dst： 输出图
thresh： 阈值
maxval： 当像素值超过了阈值（或者小于阈值，根据type来决定），所赋予的值
type：二值化操作的类型，包含以下5种类型： cv2.THRESH_BINARY； cv2.THRESH_BINARY_INV； cv2.THRESH_TRUNC； cv2.THRESH_TOZERO；cv2.THRESH_TOZERO_INV
cv2.THRESH_BINARY 超过阈值部分取maxval（最大值），否则取0
cv2.THRESH_BINARY_INV THRESH_BINARY的反转
cv2.THRESH_TRUNC 大于阈值部分设为阈值，否则不变
cv2.THRESH_TOZERO 大于阈值部分不改变，否则设为0
cv2.THRESH_TOZERO_INV THRESH_TOZERO的反转

ret, thresh1 = cv2.threshold(img_gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
ret, thresh2 = cv2.threshold(img_gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)
ret, thresh3 = cv2.threshold(img_gray, 127, 255, cv2.THRESH_TRUNC)
ret, thresh4 = cv2.threshold(img_gray, 127, 255, cv2.THRESH_TOZERO)
ret, thresh5 = cv2.threshold(img_gray, 127, 255, cv2.THRESH_TOZERO_INV)

titles = ['Original Image', 'BINARY', 'BINARY_INV', 'TRUNC', 'TOZERO', 'TOZERO_INV']
images = [img, thresh1, thresh2, thresh3, thresh4, thresh5]

for i in range(6):
    plt.subplot(2, 3, i + 1), plt.imshow(images[i], 'gray')
    plt.title(titles[i])
    plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()

2.图像平滑

代码如下（示例）：

# 均值滤波
# 简单的平均卷积操作（卷积核：9个全1的矩阵）
blur = cv2.blur(img, (3, 3))
cv2.imshow('blur', blur)

# 方框滤波
# 基本和均值一样，可以选择归一化,容易越界
box = cv2.boxFilter(img,-1,(3,3), normalize=False)  
cv2.imshow('box', box)

# 高斯滤波
# 高斯模糊的卷积核里的数值是满足高斯分布，相当于更重视中间的
aussian = cv2.GaussianBlur(img, (5, 5), 1)  
cv2.imshow('aussian', aussian)

# 中值滤波
# 相当于用中间值代替，平滑(去噪)效果最好
median = cv2.medianBlur(img, 5) 
cv2.imshow('median', median)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

三、图像形态学处理(腐蚀、膨胀)

1.腐蚀(去毛刺)

kernel = np.ones((3,3),np.uint8) 
erosion = cv2.erode(img,kernel,iterations = 1)
cv2.imshow('erosion', erosion)

kernel = np.ones((30,30),np.uint8) 
erosion_1 = cv2.erode(pie,kernel,iterations = 1)
erosion_2 = cv2.erode(pie,kernel,iterations = 2)
erosion_3 = cv2.erode(pie,kernel,iterations = 3)
res = np.hstack((erosion_1,erosion_2,erosion_3))
cv2.imshow('res', res)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

去毛刺（腐蚀）之前

三次腐蚀效果：

2.膨胀

pie = cv2.imread('pie.png')

kernel = np.ones((30,30),np.uint8) 
dilate_1 = cv2.dilate(pie,kernel,iterations = 1)
dilate_2 = cv2.dilate(pie,kernel,iterations = 2)
dilate_3 = cv2.dilate(pie,kernel,iterations = 3)
res = np.hstack((dilate_1,dilate_2,dilate_3))
cv2.imshow('res', res)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

3.开运算与闭运算

# 开：先腐蚀，再膨胀（去毛刺，再回复粗度）
img = cv2.imread('dige.png')
kernel = np.ones((5,5),np.uint8) 
opening = cv2.morphologyEx(img, cv2.MORPH_OPEN, kernel)
cv2.imshow('opening', opening)

# 闭：先膨胀，再腐蚀（不能去毛刺）
kernel = np.ones((5,5),np.uint8) 
closing = cv2.morphologyEx(img, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)
cv2.imshow('closing', closing)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

4.梯度运算

gradient = cv2.morphologyEx(pie, cv2.MORPH_GRADIENT, kernel)
cv2.imshow('gradient', gradient)

5.礼帽与黑帽

礼帽 = 原始输入-开运算结果
黑帽 = 闭运算-原始输入

#礼帽
tophat = cv2.morphologyEx(img, cv2.MORPH_TOPHAT, kernel)
cv2.imshow('tophat', tophat)

#黑帽
blackhat  = cv2.morphologyEx(img,cv2.MORPH_BLACKHAT, kernel)
cv2.imshow('blackhat ', blackhat )

四、图像梯度处理

1.Sobel算子

代码如下（示例）：

dst = cv2.Sobel(src, ddepth, dx, dy, ksize)
· ddepth:图像的深度
· dx和dy分别表示水平和竖直方向
· ksize是Sobel算子的大小

# 1.分别计算x、y方向梯度，再合并
img = cv2.imread('lena.jpg',cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
sobelx = cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,1,0,ksize=3)
sobelx = cv2.convertScaleAbs(sobelx)
sobely = cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,0,1,ksize=3)
sobely = cv2.convertScaleAbs(sobely)
sobelxy = cv2.addWeighted(sobelx,0.5,sobely,0.5,0)
cv_show(sobelxy,'sobelxy')

# 2.同时计算x、y梯度（不建议）
sobelxy=cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,1,1,ksize=3)
sobelxy = cv2.convertScaleAbs(sobelxy) 
cv_show(sobelxy,'sobelxy')

Scharr算子

laplacian算子

# Scharr算子
 scharrx = cv2.Scharr(img,cv2.CV_64F,1,0)
 scharry = cv2.Scharr(img,cv2.CV_64F,0,1)
 scharrx = cv2.convertScaleAbs(scharrx)   
 scharry = cv2.convertScaleAbs(scharry)  
 scharrxy =  cv2.addWeighted(scharrx,0.5,scharry,0.5,0) 

# laplacian算子
 laplacian = cv2.Laplacian(img,cv2.CV_64F)
 laplacian = cv2.convertScaleAbs(laplacian)   

res = np.hstack((sobelxy,scharrxy,laplacian))
cv_show(res,'res')

2.Canny边缘检测

1. 使用高斯滤波器，以平滑图像，滤除噪声。
2. 计算图像中每个像素点的梯度强度和方向。
3. 应用非极大值（Non-Maximum Suppression）抑制，以消除边缘检测带来的杂散响应。
4. 应用双阈值（Double-Threshold）检测来确定真实的和潜在的边缘。
5. 通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测。

高斯滤波器

梯度大小/方向

非极大值抑制

双阈值检测

img=cv2.imread("lena.jpg",cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

v1=cv2.Canny(img,80,150)
v2=cv2.Canny(img,50,100)

res = np.hstack((v1,v2))
cv_show(res,'res')

五、图像金字塔与轮廓检测(模板匹配)

1.高斯，拉普拉斯金字塔

放大则为补0操作

代码如下（示例）：

up=cv2.pyrUp(img)    # (442, 340, 3) --> (884, 680, 3)
down=cv2.pyrDown(img)
cv_show(up,'up')
print (up.shape)

down=cv2.pyrDown(img)
down_up=cv2.pyrUp(down)
l_1=img-down_up
cv_show(l_1,'l_1')

2.图像轮廓

cv2.findContours(img,mode,method)
mode:轮廓检索模式
·RETR_EXTERNAL ：只检索最外面的轮廓；
·RETR_LIST：检索所有的轮廓，并将其保存到一条链表当中；
·RETR_CCOMP：检索所有的轮廓，并将他们组织为两层：顶层是各部分的外部边界，第二层是空洞的边界;
·RETR_TREE：检索所有的轮廓，并重构嵌套轮廓的整个层次(常用)
method:轮廓逼近方法
·CHAIN_APPROX_NONE：以Freeman链码的方式输出轮廓，所有其他方法输出多边形（顶点的序列）。
·CHAIN_APPROX_SIMPLE:压缩水平的、垂直的和斜的部分，也就是，函数只保留他们的终点部分。

# 更高的准确率，使用二值图像。
img = cv2.imread('contours.png')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
ret, thresh = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
cv_show(thresh,'thresh')

# 计算出嵌套轮廓
binary, contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)

# 传入绘制图像，轮廓，轮廓索引(-1全部)，颜色模式，线条厚度
draw_img = img.copy()              # 注意需要copy,要不原图会变
res = cv2.drawContours(draw_img, contours, -1, (0, 0, 255), 2)
cv_show(res,'res')

cnt = contours[0]
#面积
cv2.contourArea(cnt)          # 8500.5
#周长，True表示闭合的
cv2.arcLength(cnt,True)       # 437.9482651948929

轮廓近似

cnt = contours[0]                         # 选择一个轮廓
epsilon = 0.15*cv2.arcLength(cnt,True)    # 按周长百分比，设置阈值(越大轮廓越粗糙)
approx = cv2.approxPolyDP(cnt,epsilon,True)

draw_img = img.copy()
res = cv2.drawContours(draw_img, [approx], -1, (0, 0, 255), 2)
cv_show(res,'res')

外接矩形：

cnt = contours[0]
x,y,w,h = cv2.boundingRect(cnt)
img = cv2.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),(0,255,0),2)
cv_show(img,'img')

area = cv2.contourArea(cnt)
x, y, w, h = cv2.boundingRect(cnt)
rect_area = w * h
extent = float(area) / rect_area     # 轮廓面积与边界矩形比

外接圆：

(x,y),radius = cv2.minEnclosingCircle(cnt) 
center = (int(x),int(y)) 
radius = int(radius) 
img = cv2.circle(img,center,radius,(0,255,0),2)
cv_show(img,'img')

3.模板匹配

模板匹配和卷积原理很像，模板在原图像上从原点开始滑动，计算模板与（图像被模板覆盖的地方）的差别程度，这个差别程度的计算方法在opencv里有6种，然后将每次计算的结果放入一个矩阵里，作为结果输出。假如原图形是AxB大小，而模板是axb大小，则输出结果的矩阵是(A-a+1)x(B-b+1)

cv2.matchTemplate(img, template, cv2.TM_SQDIFF)
·TM_SQDIFF：计算平方不同，计算出来的值越小，越相关
·TM_CCORR：计算相关性，计算出来的值越大，越相关
·TM_CCOEFF：计算相关系数，计算出来的值越大，越相关
·TM_SQDIFF_NORMED：计算归一化平方不同，计算出来的值越接近0，越相关
·TM_CCORR_NORMED：计算归一化相关性，计算出来的值越接近1，越相关
·TM_CCOEFF_NORMED：计算归一化相关系数，计算值越接近1，越相关

img = cv2.imread('lena.jpg', 0)        # (263, 263)
template = cv2.imread('face.jpg', 0)   # (110, 85)

res = cv2.matchTemplate(img, template, cv2.TM_SQDIFF)   # (154, 179)

min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(res)
# 39168.0    74403584.0    (107, 89)    (159, 62)

methods = ['cv2.TM_CCOEFF', 'cv2.TM_CCOEFF_NORMED', 'cv2.TM_CCORR',
           'cv2.TM_CCORR_NORMED', 'cv2.TM_SQDIFF', 'cv2.TM_SQDIFF_NORMED']
for meth in methods:
    img2 = img.copy()

    # 匹配方法的真值
    method = eval(meth)
    print (method)
    res = cv2.matchTemplate(img, template, method)
    min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(res)

    # 如果是平方差匹配TM_SQDIFF或归一化平方差匹配TM_SQDIFF_NORMED，取最小值
    if method in [cv2.TM_SQDIFF, cv2.TM_SQDIFF_NORMED]:
        top_left = min_loc
    else:
        top_left = max_loc
    bottom_right = (top_left[0] + w, top_left[1] + h)

    # 画矩形
    cv2.rectangle(img2, top_left, bottom_right, 255, 2)

    plt.subplot(121), plt.imshow(res, cmap='gray')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])  # 隐藏坐标轴
    plt.subplot(122), plt.imshow(img2, cmap='gray')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])
    plt.suptitle(meth)
    plt.show()

匹配多个对象

img_rgb = cv2.imread('mario.jpg')
img_gray = cv2.cvtColor(img_rgb, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
template = cv2.imread('mario_coin.jpg', 0)
h, w = template.shape[:2]

res = cv2.matchTemplate(img_gray, template, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)
threshold = 0.8
# 取匹配程度大于%80的坐标
loc = np.where(res >= threshold)
for pt in zip(*loc[::-1]):  # *号表示可选参数
    bottom_right = (pt[0] + w, pt[1] + h)
    cv2.rectangle(img_rgb, pt, bottom_right, (0, 0, 255), 2)

cv2.imshow('img_rgb', img_rgb)
cv2.waitKey(0)

六、直方图与傅里叶变换

1.图像直方图

cv2.calcHist(images,channels,mask,histSize,ranges)
·images: 原图像图像格式为 uint8 或 float32。当传入函数时应 用中括号 [] 括来例如[img]
·channels: 同样用中括号括来它会告函数我们统幅图 像的直方图。如果入图像是灰度图它的值就是 [0]如果是彩色图像 的传入的参数可以是 [0][1][2] 它们分别对应着 BGR。
·mask: 掩模图像。统整幅图像的直方图就把它为 None。但是如 果你想统图像某一分的直方图的你就制作一个掩模图像并 使用它。
·histSize:BIN 的数目。也应用中括号括来
·ranges: 像素值范围常为 [0256]

img = cv2.imread('cat.jpg',0)                         # 0表示灰度图
hist = cv2.calcHist([img],[0],None,[256],[0,256])     # (256, 1)

plt.hist(img.ravel(),256); 
plt.show()

# 三通道直方图
img = cv2.imread('cat.jpg') 
color = ('b','g','r')
for i,col in enumerate(color): 
    histr = cv2.calcHist([img],[i],None,[256],[0,256]) 
    plt.plot(histr,color = col) 
    plt.xlim([0,256]) 

自适应直方图均衡化 (图像中分区域做均衡)

clahe = cv2.createCLAHE(clipLimit=2.0, tileGridSize=(8,8)) 
res_clahe = clahe.apply(img)
res = np.hstack((img,equ,res_clahe))
cv_show(res,'res')

2.傅里叶变换

时域转频域：
高频：变化剧烈的灰度分量，例如边界；
低频：变化缓慢的灰度分量，例如一片大海

滤波：
低通滤波器：只保留低频，会使得图像模糊
高通滤波器：只保留高频，会使得图像细节增强

1.opencv中主要就是cv2.dft()和cv2.idft()，输入图像需要先转换成np.float32
2.得到结果中频率为0的部分会在左上角，通常要转换到中心位置，可以通过shift变换来实现。
3.cv2.dft()返回的结果是双通道的（实部，虚部），通常还需要转换成图像格式才能展示（0,255）。

img = cv2.imread('lena.jpg',0)
img_float32 = np.float32(img)

dft = cv2.dft(img_float32, flags = cv2.DFT_COMPLEX_OUTPUT)
dft_shift = np.fft.fftshift(dft)
# 得到灰度图能表示的形式
magnitude_spectrum = 20*np.log(cv2.magnitude(dft_shift[:,:,0],dft_shift[:,:,1]))

plt.subplot(121),plt.imshow(img, cmap = 'gray')
plt.title('Input Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(122),plt.imshow(magnitude_spectrum, cmap = 'gray')
plt.title('Magnitude Spectrum'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()

低通滤波

img = cv2.imread('lena.jpg',0)
img_float32 = np.float32(img)

dft = cv2.dft(img_float32, flags = cv2.DFT_COMPLEX_OUTPUT)
dft_shift = np.fft.fftshift(dft)

rows, cols = img.shape
crow, ccol = int(rows/2) , int(cols/2)       # 中心位置

# 低通滤波
mask = np.zeros((rows, cols, 2), np.uint8)
mask[crow-30:crow+30, ccol-30:ccol+30] = 1   # 中心方框为全1

# IDFT
fshift = dft_shift*mask                      #只保留中心的低频部分
f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift)
img_back = cv2.idft(f_ishift)
img_back = cv2.magnitude(img_back[:,:,0],img_back[:,:,1])

plt.subplot(121),plt.imshow(img, cmap = 'gray')
plt.title('Input Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(122),plt.imshow(img_back, cmap = 'gray')
plt.title('Result'), plt.xticks([]), plt.yticks([])

plt.show() 

高通滤波

七、图像特征

1.harris特征

基本原理：

对其进行近似，可由矩阵表示：

实际操作时采用响应值：

cv2.cornerHarris()
·img： 数据类型为 float32 的入图像
·blockSize： 角点检测中指定区域的大小
·ksize： Sobel求导中使用的窗口大小
·k： 取值参数为 [0,04,0.06]

import cv2 
import numpy as np

img = cv2.imread('test_1.jpg')                # (800, 1200, 3)
print ('img.shape:',img.shape)
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# gray = np.float32(gray)
dst = cv2.cornerHarris(gray, 2, 3, 0.04)      # (800, 1200)
print ('dst.shape:',dst.shape)

img[dst>0.01*dst.max()]=[0,0,255]
cv2.imshow('dst',img) 
cv2.waitKey(0) 
cv2.destroyAllWindows()

2.SIFT

Scale Invariant Feature Transform

整体过程为：
·1高斯/差分金字塔
·2定位关键点：26个邻域内求极值（泰勒展开）
·3消除边界效应（利用海森矩阵）
·4计算128个描述符（按主方向旋转）

img = cv2.imread('test_1.jpg')
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 得到特征点
sift = cv2.xfeatures2d.SIFT_create()
kp = sift.detect(gray, None)

# 显示特征点
img = cv2.drawKeypoints(gray, kp, img)
cv2.imshow('drawKeypoints', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

# 计算特征
kp, des = sift.compute(gray, kp)   # np.array(kp).shape：(6827,)
des.shape： (6827, 128)
des[0]：array([  0.,   0.,   0.,   0.,   0.,   0.,   0.,   0.,  21.,   8.,   0.,
         0.,   0.,   0.,   0.,   0., 157.,  31.,   3.,   1.,   0.,   0.,
         2.,  63.,  75.,   7.,  20.,  35.,  31.,  74.,  23.,  66.,   0.,
         0.,   1.,   3.,   4.,   1.,   0.,   0.,  76.,  15.,  13.,  27.,
         8.,   1.,   0.,   2., 157., 112.,  50.,  31.,   2.,   0.,   0.,
         9.,  49.,  42., 157., 157.,  12.,   4.,   1.,   5.,   1.,  13.,
         7.,  12.,  41.,   5.,   0.,   0., 104.,   8.,   5.,  19.,  53.,
         5.,   1.,  21., 157.,  55.,  35.,  90.,  22.,   0.,   0.,  18.,
         3.,   6.,  68., 157.,  52.,   0.,   0.,   0.,   7.,  34.,  10.,
        10.,  11.,   0.,   2.,   6.,  44.,   9.,   4.,   7.,  19.,   5.,
        14.,  26.,  37.,  28.,  32.,  92.,  16.,   2.,   3.,   4.,   0.,
         0.,   6.,  92.,  23.,   0.,   0.,   0.], dtype=float32)

也可以用自定义函数：
https://github.com/o0o0o0o0o0o0o/image-processing-from-scratch/blob/master/sift/SIFT.py

3.读入数据

代码如下（示例）：

data = pd.read_csv(

---

八、答题卡判卷

过程如下：
1.滤波，去除噪音
2.边缘检测
3.特征变换( 提取最大边缘 )
4.二值处理
5.掩码遍历（判断掩码圈内，黑白像素比）
6.
7.

import numpy as np
import argparse
import imutils
import cv2


# --------------------------0.正确答案----------------------------------
ANSWER_KEY = {0: 1, 1: 4, 2: 0, 3: 3, 4: 1}

# ---------------------------1.预处理-----------------------------------
image = cv2.imread(args["image"])
contours_img = image.copy()
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
blurred = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 0)
cv_show('blurred',blurred)
edged = cv2.Canny(blurred, 75, 200)
cv_show('edged',edged)

# ----------------------------2.轮廓检测-----------------------------
cnts = cv2.findContours(edged.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL,
	cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)[1]                          # [1]表示只要三个返回值里的轮廓
cv2.drawContours(contours_img,cnts,-1,(0,0,255),3) 
cv_show('contours_img',contours_img)
docCnt = None

# ----------------------2.提取最大轮廓，做近似---------------------------
if len(cnts) > 0:
	# 根据轮廓大小进行排序
	cnts = sorted(cnts, key=cv2.contourArea, reverse=True)

	# 遍历每一个轮廓
	for c in cnts:
		# 近似
		peri = cv2.arcLength(c, True)
		approx = cv2.approxPolyDP(c, 0.02 * peri, True)

		# 准备做透视变换
		if len(approx) == 4:
			docCnt = approx
			break

# ------------------------------3.执行透视变换-------------------------------
warped = four_point_transform(gray, docCnt.reshape(4, 2))
cv_show('warped',warped)
# 自适应，二值图
thresh = cv2.threshold(warped, 0, 255,
	cv2.THRESH_BINARY_INV | cv2.THRESH_OTSU)[1]          # 0 代表自适应阈值
cv_show('thresh',thresh)

def four_point_transform(image, pts):
	# 获取输入坐标点
	rect = order_points(pts)
	(tl, tr, br, bl) = rect

	# 计算输入的w和h值
	widthA = np.sqrt(((br[0] - bl[0]) ** 2) + ((br[1] - bl[1]) ** 2))
	widthB = np.sqrt(((tr[0] - tl[0]) ** 2) + ((tr[1] - tl[1]) ** 2))
	maxWidth = max(int(widthA), int(widthB))

	heightA = np.sqrt(((tr[0] - br[0]) ** 2) + ((tr[1] - br[1]) ** 2))
	heightB = np.sqrt(((tl[0] - bl[0]) ** 2) + ((tl[1] - bl[1]) ** 2))
	maxHeight = max(int(heightA), int(heightB))

	# 变换后对应坐标位置
	dst = np.array([
		[0, 0],
		[maxWidth - 1, 0],
		[maxWidth - 1, maxHeight - 1],
		[0, maxHeight - 1]], dtype = "float32")

	# 计算变换矩阵
	M = cv2.getPerspectiveTransform(rect, dst)
	warped = cv2.warpPerspective(image, M, (maxWidth, maxHeight))

	# 返回变换后结果
	return warped

# ----------------------------4.找到所有圆圈轮廓（删除其他轮廓）-----------------------------
thresh_Contours = thresh.copy()                           # thresh是二值化的答题卡
cnts = cv2.findContours(thresh.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL,
	cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)[1]
cv2.drawContours(thresh_Contours,cnts,-1,(0,0,255),3) 
cv_show('thresh_Contours',thresh_Contours)
questionCnts = []

# 遍历
for c in cnts:
	# 计算比例和大小
	(x, y, w, h) = cv2.boundingRect(c)
	ar = w / float(h)

	# 根据实际情况指定标准
	if w >= 20 and h >= 20 and ar >= 0.9 and ar <= 1.1:
		questionCnts.append(c)

data = pd.read_csv(

2.读入数据

代码如下（示例）：

data = pd.read_csv(

---

九、全景图像拼接

1.引入库

代码如下（示例）：

#----------------------------1.读取拼接图片------------------------------
imageA = cv2.imread("left_01.png")
imageB = cv2.imread("right_01.png")

#检测A、B图片的SIFT关键特征点，并计算特征描述子
(kpsA, featuresA) = self.detectAndDescribe(imageA)
(kpsB, featuresB) = self.detectAndDescribe(imageB)

##-------------------------2.匹配两张图片的所有特征点-------------------
M = self.matchKeypoints(kpsA, kpsB, featuresA, featuresB, ratio, reprojThresh)

# 如果返回结果为空，没有匹配成功的特征点，退出算法
if M is None:
      return None

# 否则，提取匹配结果
# H是3x3视角变换矩阵      
(matches, H, status) = M
# ------------------------3.将图片A进行视角变换，result是变换后图片-----------------
result = cv2.warpPerspective(imageA, H, (imageA.shape[1] + imageB.shape[1], imageA.shape[0]))
self.cv_show('result', result)

效果如下：

其中，H为单应性矩阵。左乘图像即可进行变换

# ------------------------4.将图片B传入result图片最左端
result[0:imageB.shape[0], 0:imageB.shape[1]] = imageB
self.cv_show('result', result)

其中，采用了RANSAC：不断迭代，找到最佳4个匹配点，删除离群点

十、背景建模

1.帧差法

该类算法对时间上连续的两帧图像进行差分运算，不同帧对应的像素点相减，判断灰度差的绝对值，当绝对值超过一定阈值时，即可判断为运动目标，从而实现目标的检测功能。

帧差法非常简单，但是会引入噪音和空洞问题

2.混合高斯模型

· 1.在进行前景检测前，先对背景进行训练，对图像中每个背景采用一个混合高斯模型进行模拟，每个背景的混合高斯的个数可以自适应（一般为4-5个）。
· 2.测试阶段，对新来的像素进行GMM匹配，如果该像素值能够匹配其中一个高斯，则认为是背景，否则认为是前景。由于整个过程GMM模型在不断更新学习中，所以对动态背景有一定的鲁棒性。最后通过对一个有树枝摇摆的动态背景进行前景检测，取得了较好的效果。

测试阶段，对新来像素点的值与混合高斯模型中的每一个均值进行比较，如果其差值在2倍的方差之间的话，则认为是背景，否则认为是前景。将前景赋值为255，背景赋值为0。这样就形成了一副前景二值图。在视频中对于像素点的变化情况应当是符合高斯分布

import numpy as np
import cv2

#经典的测试视频
cap = cv2.VideoCapture('test.avi')
#形态学操作需要使用
kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE,(3,3))
#创建混合高斯模型用于背景建模
fgbg = cv2.createBackgroundSubtractorMOG2()

while(True):
    ret, frame = cap.read()
    fgmask = fgbg.apply(frame)
    #形态学开运算去噪点
    fgmask = cv2.morphologyEx(fgmask, cv2.MORPH_OPEN, kernel)
    #寻找视频中的轮廓
    im, contours, hierarchy = cv2.findContours(fgmask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

    for c in contours:
        #计算各轮廓的周长
        perimeter = cv2.arcLength(c,True)
        if perimeter > 188:
            #找到一个直矩形（不会旋转）
            x,y,w,h = cv2.boundingRect(c)
            #画出这个矩形
            cv2.rectangle(frame,(x,y),(x+w,y+h),(0,255,0),2)    

    cv2.imshow('frame',frame)
    cv2.imshow('fgmask', fgmask)
    k = cv2.waitKey(150) & 0xff
    if k == 27:
        break       # 27设置退出条件

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

十一、AAAA

1.引入库

代码如下（示例）：

import numpy as np

总结

提示：这里对文章进行总结：

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。