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day03-opencv

opencv​

1、回顾​

  • 计算机眼中的图像

    • 在计算机眼中，一张图片其实就是一个数组

    • 彩色图（3通道）， 灰度图（单通道）， 二值化图（单通道）

    • 像素->分辨率/屏幕尺寸

    • 图像的表示：在计算机眼中，一张图片就是一个数组，像素值

      • 3通道：RGB格式，HSV(H->色调，S->饱和度，V->亮度)

        像素值有3个，R->红色（0-255）， G->绿色（0-255），B->蓝色（0-255）

      • 单通道：灰度图->它的像素只有一个值，这个值的范围在0-255之间

        ​ 二值化图->它的像素只有一个值，这个值的范围要不就是0，要不就是255

    • 数组形状：image_np = cv2.imread('./image.png')

      ​ height, width = image_np[:2]

      ​ height,width = image_np[0], image_np[1]

    • 给一张图片赋值，修改像素点

      • image = np.zeros((512, 512, 3), dtype=np.uint8)
      • image [:, :] = (0, 0, 255) 纯红色
      • image[i, j] = (0, 0, 255) 通过i,j的坐标，找到具体的某个像素点，进行赋值
      • image[i, :] = (255, 255, 255) 第i行的所有像素点都为白色，就是一条白色线条
      • image[:,j] = (255, 255, 255) 第j列的所有像素点都为白色，就是一条白色线条

  • 灰度化

    方法：1）平均值法 2）最大值法 3）加权求和法

    API：image_gray = cv2.cvtColor(src_image, cv2.COLOR_BGR2GRAY) 默认使用的是加权求和法

  • 二值化

    必须要先进行灰度化

    方法：

    • 阈值方法：cv2.THRESH_BINARY
    • 反阈值法：cv2.THRESH_BINARY_INV
    • 截断阈值法：cv2.THRESH_TRUNC
    • 低阈值零处理：cv2.THRESH_TOZERO
    • 超阈值零处理：cv2.THRESH_TOZERO_INV
    • OTSU: 通过最大类间方差的算法来寻求一个最佳/最合理的阈值, 然后再利用这个阈值对图像使用阈值法或反阈值法 cv2.THRESH_OTSU
    • 自适应二值化：针对每个像素点都去计算它的阈值，比较适合于那种明暗分布不均匀的图像，然后再利用这个阈值对图像使用阈值法或反阈值法
      • 使用一个卷积核 3 *3 5 * 5
      • 核值
      • 卷积核中心像素点与要计算阈值的像素对齐, 相应位置的核值与像素值进行相乘,求和,再减去一个固定值
      • 构建一个结构化元素（卷积核）
        • cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C 加权求和
        • cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C 取均值法
      • 我们不需要自己去构建结构化元素，函数内部会根据自适应二值化的方法，来自动构建卷积核

    API：

    • ==_, binary_image = cv2.threshold(gray_image, thresh=阈值,type=二值化的类型，maxval=255, dst:返回二值化的图像)==
    • ==binary_image = cv2.adaptiveThreshold(gray_image, maxValue, adaptiveMethod,thresholdType,C)==

  • 形态学变换

    一般是输入图像是二值化图，

    • 腐蚀操作

      • 作用：去噪(图像边缘或者背景), 去毛刺和小凸起, 腐蚀操作可以帮助提取图像中的关键特征, 缩小前景对象的边界

        ​ 图像分割

      • 工作原理：

        • ==卷积核== 矩形核，椭圆形核，十字形核，核值一般是0或1
        • 利用卷积核针对图像，从左到右，从上到下，进行卷积操作，卷积核的中心与某个像素对齐，然后令核值为1的区域与被核覆盖的对应区域进行相乘，得到其最小值
        • 边缘的填充：对于边缘的像素点要进行填充，默认：边界复制

      • API：

        • ==1）构建卷积核：kernel = np.ones((3, 3), dtype=np.uint8)==

        • ==2）erode_image = cv2.erode(binary_image, kernel, iterations-腐蚀次数）==

    • 膨胀操作

      • 作用：也可以用于消除噪点、填补图像中的小空洞或缝隙，填充图像内部的孔洞，物体周围添加像素，使物体变大， 起到一个图像增强的作用，方便后期的识别，提升图像的整体亮度，增强图像的亮细节，消除暗细节，
      • 工作原理：
        • ==卷积核== 矩形核，椭圆形核，十字形核，核值一般是0或1
        • 利用卷积核针对图像，从左到右，从上到下，进行卷积操作，卷积核的中心与某个像素对齐，然后令核值为1的区域与被核覆盖的对应区域进行相乘，得到其最大值
        • 边缘的填充：对于边缘的像素点要进行填充，默认：边界复制
      • API：
        • 1）构建卷积核：kernel = np.ones((3, 3), dtype=np.uint8)
        • 2）dilate_image = cv2.dilate(binary_image, kernel, iterations-腐蚀次数)

    • 开运算

    • 闭运算

    • 礼帽运算

    • 黑帽运算

    • 形态学梯度

      image = cv2.morphologyEx(image_binary, op=, kernel)

      • cv2.MORPH_ERODE：腐蚀操作 --> 0。
      • cv2.MORPH_DILATE：膨胀操作--> 1。
      • cv2.MORPH_OPEN：开运算（先腐蚀后膨胀）--> 2。
      • cv2.MORPH_CLOSE：闭运算（先膨胀后腐蚀）--> 3。
      • cv2.MORPH_GRADIENT：形态学梯度（膨胀图与腐蚀图之差）--> 4。
      • cv2.MORPH_TOPHAT：顶帽运算（原图像与开运算图之差）--> 5。
      • cv2.MORPH_BLACKHAT：黑帽运算（闭运算的结果图与原图像之差）--> 6。

2、图像颜色识别​

知识点：颜色空间，RGB颜色空间，HSY颜色空间

基本步骤：

  • 1）将原图转化为hsv颜色空间

  • 2）制作一个掩模, 这个掩模要与原图大小一致, 并且是一个二值化的图，根据hsv的颜色空间，提取目标颜色的图像，mask = cv2.inRange(hsv的图像, 目标颜色范围最小值，目标颜色范围的最大值)

  • 3）利用掩模与原图进行位与操作

    cv2.bitwise_and(src1, src2, mask)

    说明：src1, src2是原图，就是已经实现了hsv颜色空间转换的图, src1, src2使用同一张图

3、图像旋转​

后期在模型训练的时候，对于训练数据，希望训练数据能个丰富多样，比如，我们本身只有200张训练图片，那么我们可以对每张图片进行旋转（45， 90， 180， 270）从而生成多张图。

  • 需要构建一个==仿射变换矩阵==（旋转矩阵 + 平移矩阵）
    • angle: 旋转角度
    • scale: 缩放（不做缩放）
    • center: 旋转中心点，默认都是图像的中心点
  • ==插值方法==
    • cv2.INTER_NEAREST：最近邻插值 效果不好
    • cv2.INTER_LINEAR：双线性插值（默认值）
    • cv2.INTER_CUBIC：双三次插值 效果好，但是计算速度慢
    • cv2.INTER_AREA：像素区域插值法
    • cv2.INTER_LANCZOS4：Lanczos 插值
  • ==边缘填充==
    • 边界复制
    • 边界反射
    • 边界反射101
    • 边界包裹
    • 边界常数
3.1、API函数​

  • 1）构建一个==仿射变换矩阵==

    • center = (image_np[1]//2, image_np[0]//2)
    • angle = 45
    • scale = 1
    • ==cv2.getRotationMatrix2D(center-旋转中心,angle-旋转角度, scale-缩放)==

  • 2） 进行旋转

    • 说明：输出图像大小与原图一致

    • 说明：如果borderMode使用的是（边界常数方式来进行填充）， 那么就需要设置borderValue

    • ==cv2.warpAffine(src-要旋转的图片, M-仿射变换矩阵, 输出图像的大小, flags-插值方法, borderMode-边缘填充方

      ​ 式，borderValue-边界常量)==

4、图像镜像旋转​

  • 水平翻转：大于0

  • 垂直翻转：0

  • 水平垂直翻转：小于0

  • API： cv2.flip(image_np, 0)

5、图像缩放​

  • image_resize = cv2.resize(image, dsize=(500, 300), fx=0.5, fy=0.5)