计算图片中像素梯度值的几种方式

计算图片中像素梯度值的几种方式

  • 图像梯度的一般公式
    图像梯度可以把图像看成二维离散函数,图像梯度其实就是这个二维离散函数的求导:

图像梯度:

            G(x,y) = dx(i,j) + dy(i,j)
            dx(i,j) = I(i+1,j) - I(i,j)
            dy(i,j) = I(i,j+1) - I(i,j)

其中,I是图像像素的值(如:RGB值),(i,j)为像素的坐标。

  • 图像梯度的中值差分公式
    图像梯度:

              G(x,y) = dx(i,j) + dy(i,j)
              dx(i,j) = [I(i+1,j) - I(i-1,j)]/2
              dy(i,j) = [I(i,j+1) - I(i,j-1)]/2
    

其中,I是图像像素的值(如:RGB值),(i,j)为像素的坐标。

  • 常用梯度概念介绍
  • 基本梯度

用膨胀后的图像减去腐蚀后的图像得到差值图像,称为基本梯度图像。

基本梯度图像是OpenCV中支持的计算形态学梯度的方法,而此方法得到梯度有被称为基本梯度。

  • 内部梯度
    用原图像减去腐蚀之后的图像得到差值图像,称为图像的内部梯度。

  • 外部梯度
    图像膨胀之后再减去原来的图像得到的差值图像,称为图像的外部梯度。

  • 方向梯度
    方向梯度是使用X方向与Y方向的直线作为结构元素之后得到图像梯度。

用X方向直线的结构元素分别进行膨胀与腐蚀操作,得到图像之后求差值得到称为X方向梯度。

用Y方向直线的结构元素分别进行膨胀与腐蚀操作,得到图像之后求差值之后称为Y方向梯度。

  • 计算图片中每个像素的梯度值,可以使用Sobel算子或者其他卷积核。

Sobel算子是一种常用的卷积核,可以用于计算图片中每个像素的梯度值。它分别对图片进行水平和垂直方向的卷积操作,然后将两个方向的梯度值合并,得到每个像素的综合梯度值。具体地,使用Sobel算子计算像素梯度值的步骤如下:

  1. 将图片转换为灰度图像,以便进行单通道卷积。

  2. 定义Sobel算子,如下所示:

    Sobel_x = np.array([[-1, 0, 1],
                        [-2, 0, 2],
                        [-1, 0, 1]])
    
    Sobel_y = np.array([[-1, -2, -1],
                        [ 0,  0,  0],
                        [ 1,  2,  1]])
    

    Sobel_x是水平方向的卷积核,Sobel_y是垂直方向的卷积核。

  3. 对灰度图像分别进行水平和垂直方向的卷积操作:

    G_x = cv2.filter2D(gray_img, -1, Sobel_x)
    G_y = cv2.filter2D(gray_img, -1, Sobel_y)
    
  4. 将两个方向的梯度值合并,得到每个像素的综合梯度值:

    G = np.sqrt(G_x**2 + G_y**2)
    

    其中,G_x和G_y分别是水平和垂直方向的梯度值,G是综合梯度值。

    注意,这里使用了NumPy和OpenCV库,需要先进行导入:

    import cv2
    import numpy as np
    

计算出来的像素梯度值G,可以用于图像边缘检测、特征提取等任务。

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