Python图像运算之顶帽运算和底帽运算详解

 更新时间:2022年07月25日 08:32:54   作者:Eastmount  
数学形态学是应用于图像处理和模式识别领域的新方法。数学形态学表示以形态为基础对图像进行分析的数学工具,基本思想是用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中对应形状以达到对图像分析和识别的目的。本文将为大家介绍顶帽运算和底帽运算,需要的可以参考一下

一.图像顶帽运算

图像顶帽运算(top-hat transformation)又称为图像礼帽运算,它是用原始图像减去图像开运算后的结果,常用于解决由于光照不均匀图像分割出错的问题。其公式定义如下:

图像顶帽运算是用一个结构元通过开运算从一幅图像中删除物体,顶帽运算用于暗背景上的亮物体,它的一个重要用途是校正不均匀光照的影响。其效果图如图1所示。

在Python中,图像顶帽运算主要调用morphologyEx()实现,其中参数cv2.MORPH_TOPHAT表示顶帽处理,函数原型如下:

dst = cv2.morphologyEx(src, cv2.MORPH_TOPHAT, kernel)

  • src表示原始图像
  • cv2.MORPH_TOPHAT表示图像顶帽运算
  • kernel表示卷积核,可以用numpy.ones()函数构建

假设存在一张光照不均匀的米粒图像,如图2所示,我们需要调用图像顶帽运算解决光照不均匀的问题。

图像顶帽运算的Python代码如下所示:

# -*- coding: utf-8 -*-
# By:Eastmount
import cv2  
import numpy as np  

#读取图片
src = cv2.imread('test01.png', cv2.IMREAD_UNCHANGED)

#设置卷积核
kernel = np.ones((10,10), np.uint8)

#图像顶帽运算
result = cv2.morphologyEx(src, cv2.MORPH_TOPHAT, kernel)

#显示图像
cv2.imshow("src", src)
cv2.imshow("result", result)

#等待显示
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

其运行结果如图3所示。

下图展示了“米粒”顶帽运算的效果图,可以看到顶帽运算后的图像删除了大部分非均匀背景,并将米粒与背景分离开来。

为什么图像顶帽运算会消除光照不均匀的效果呢?

通常可以利用灰度三维图来进行解释该算法。灰度三维图主要调用Axes3D包实现,对原图绘制灰度三维图的代码如下:

# -*- coding: utf-8 -*-
# By:Eastmount
import numpy as np
import cv2 as cv
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
from matplotlib.ticker import LinearLocator, FormatStrFormatter

#读取图像
img = cv.imread("test02.png")
img = cv.cvtColor(img,cv.COLOR_BGR2GRAY)
imgd = np.array(img)      #image类转numpy

#准备数据
sp = img.shape
h = int(sp[0])        #图像高度(rows)
w = int(sp[1])        #图像宽度(colums) of image

#绘图初始处理
fig = plt.figure(figsize=(16,12))
ax = fig.gca(projection="3d")

x = np.arange(0, w, 1)
y = np.arange(0, h, 1)
x, y = np.meshgrid(x,y)
z = imgd
surf = ax.plot_surface(x, y, z, cmap=cm.coolwarm)  

#自定义z轴
ax.set_zlim(-10, 255)
ax.zaxis.set_major_locator(LinearLocator(10))   #设置z轴网格线的疏密

#将z的value字符串转为float并保留2位小数
ax.zaxis.set_major_formatter(FormatStrFormatter('%.02f')) 

# 设置坐标轴的label和标题
ax.set_xlabel('x', size=15)
ax.set_ylabel('y', size=15)
ax.set_zlabel('z', size=15)
ax.set_title("surface plot", weight='bold', size=20)

#添加右侧的色卡条
fig.colorbar(surf, shrink=0.6, aspect=8)  
plt.show()

运行结果如图5所示,其中x表示原图像中的宽度坐标,y表示原图像中的高度坐标,z表示像素点(x, y)的灰度值。

从图像中的像素走势显示了该图受各部分光照不均匀的影响,从而造成背景灰度不均现象,其中凹陷对应图像中灰度值比较小的区域。

通过图像白帽运算后的图像灰度三维图如图6所示,对应的灰度更集中于10至100区间,由此证明了不均匀的背景被大致消除了,有利于后续的阈值分割或图像分割。

绘制三维图增加的顶帽运算核心代码如下:

二.图像底帽运算

图像底帽运算(bottom-hat transformation)又称为图像黑帽运算,它是用图像闭运算操作减去原始图像后的结果,从而获取图像内部的小孔或前景色中黑点,也常用于解决由于光照不均匀图像分割出错的问题。其公式定义如下:

图像底帽运算是用一个结构元通过闭运算从一幅图像中删除物体,常用于校正不均匀光照的影响。其效果图如图8所示。

在Python中,图像底帽运算主要调用morphologyEx()实现,其中参数cv2.MORPH_BLACKHAT表示底帽或黑帽处理,函数原型如下:

dst = cv2.morphologyEx(src, cv2.MORPH_BLACKHAT, kernel)

  • src表示原始图像
  • cv2.MORPH_BLACKHAT表示图像底帽或黑帽运算
  • kernel表示卷积核,可以用numpy.ones()函数构建

Python实现图像底帽运算的代码如下所示:

# -*- coding: utf-8 -*-
# By:Eastmount
import cv2  
import numpy as np  

#读取图片
src = cv2.imread('test02.png', cv2.IMREAD_UNCHANGED)

#设置卷积核
kernel = np.ones((10, 10), np.uint8)

#图像黑帽运算
result = cv2.morphologyEx(src, cv2.MORPH_BLACKHAT, kernel)

#显示图像
cv2.imshow("src", src)
cv2.imshow("result", result)

#等待显示
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

其运行结果如图9所示:

三.总结

该系列主要讲解了图像数学形态学知识,结合原理和代码详细介绍了图像腐蚀、图像膨胀、图像开运算和闭运算、图像顶帽运算和图像底帽运算等操作。这篇文章详细介绍了顶帽运算和底帽运算,它们将为后续的图像分割和图像识别提供有效支撑。

到此这篇关于Python图像运算之顶帽运算和底帽运算详解的文章就介绍到这了,更多相关Python 顶帽运算 底帽运算内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

相关文章

  • Django 序列化的具体使用

    Django 序列化的具体使用

    django rest framework 中的序列化组件,本文主要介绍了Django 序列化的具体使用,文中通过示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2021-11-11
  • 在Python 中将类对象序列化为JSON

    在Python 中将类对象序列化为JSON

    这篇文章主要介绍了在Python 中将类对象序列化为JSON,序列化是将对象转换为可以在以后保存和检索介质中的过程,下文具体的内容分享,需要的朋友可以参考一下
    2022-04-04
  • 利用 Python 让图表动起来

    利用 Python 让图表动起来

    这篇文章主要给大家分享如何利用 Python 让图表动起来,本文围绕Python 让图表动起来的话题举例matplotlib动画功能的一个例子展开文章内容,需要的朋友可以参考一下
    2021-10-10
  • python密码学Base64编码和解码教程

    python密码学Base64编码和解码教程

    这篇文章主要为大家介绍了python密码学Base64编码和解码教程详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
    2022-05-05
  • Numpy广播域的理解

    Numpy广播域的理解

    本文主要介绍了Numpy广播域的理解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2023-03-03
  • 使用Python刷淘宝喵币(低阶入门版)

    使用Python刷淘宝喵币(低阶入门版)

    这篇文章主要介绍了使用Python刷淘宝喵币(低阶入门版)的相关资料,非常不错,具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2019-10-10
  • python+opencv实现动态物体追踪

    python+opencv实现动态物体追踪

    这篇文章主要为大家详细介绍了python+opencv实现动态物体的追踪,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2018-01-01
  • Tensorflow加载预训练模型和保存模型的实例

    Tensorflow加载预训练模型和保存模型的实例

    今天小编就为大家分享一篇Tensorflow加载预训练模型和保存模型的实例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2018-07-07
  • python线程启动的四种方式总结

    python线程启动的四种方式总结

    这篇文章主要给大家介绍了关于python线程启动的四种方式,线程可以完成一定任务,可以和其它线程共享父进程的共享变量和部分环境,相互协作来完成任务,需要的朋友可以参考下
    2024-01-01
  • python3连接kafka模块pykafka生产者简单封装代码

    python3连接kafka模块pykafka生产者简单封装代码

    今天小编就为大家分享一篇python3连接kafka模块pykafka生产者简单封装代码,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2019-12-12

最新评论