对传统canny算法进行改进,滤波改用自适应高斯滤波,阈值改用模拟退火算法下oust阈值分割代码

时间: 2023-07-10 10:05:03 浏览: 75
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OpenCV中自适应确定canny算法的分割阈值.docx

以下是对传统Canny算法进行改进的代码,其中滤波采用自适应高斯滤波,阈值采用模拟退火算法下的Otsu阈值分割: ```python import cv2 import numpy as np import math def otsu_threshold(hist): total = sum(hist) sumB = 0 wB = 0 maximum = 0.0 threshold = 0.0 sum1 = np.dot(np.arange(256), hist) for i in range(0, 256): wF = total - wB if wB > 0 and wF > 0: mF = (sum1 - sumB) / wF val = wB * wF * math.pow(mF - sumB / wB, 2) if val >= maximum: threshold = i maximum = val wB += hist[i] sumB += i * hist[i] return threshold def adaptive_gaussian_filter(image, ksize, sigma): height, width = image.shape[:2] filtered_image = np.zeros((height, width), dtype=np.uint8) pad_size = int((ksize - 1) / 2) for i in range(pad_size, height - pad_size): for j in range(pad_size, width - pad_size): local_mean = np.mean(image[i - pad_size:i + pad_size + 1, j - pad_size:j + pad_size + 1]) local_sigma = np.std(image[i - pad_size:i + pad_size + 1, j - pad_size:j + pad_size + 1]) gaussian_kernel = np.zeros((ksize, ksize), dtype=np.float32) for m in range(-pad_size, pad_size + 1): for n in range(-pad_size, pad_size + 1): gaussian_kernel[m + pad_size, n + pad_size] = math.exp(-(m ** 2 + n ** 2) / (2 * sigma * sigma)) gaussian_kernel /= np.sum(gaussian_kernel) filtered_image[i, j] = np.sum((image[i - pad_size:i + pad_size + 1, j - pad_size:j + pad_size + 1] - local_mean) * gaussian_kernel) / local_sigma return filtered_image def canny_edge_detection(image, low_threshold, high_threshold): height, width = image.shape[:2] gradient_magnitude = np.zeros((height, width), dtype=np.float32) gradient_direction = np.zeros((height, width), dtype=np.float32) for i in range(1, height - 1): for j in range(1, width - 1): dx = image[i + 1, j] - image[i - 1, j] dy = image[i, j + 1] - image[i, j - 1] gradient_magnitude[i, j] = math.sqrt(dx ** 2 + dy ** 2) gradient_direction[i, j] = math.atan2(dy, dx) * 180 / math.pi if gradient_direction[i, j] < 0: gradient_direction[i, j] += 360 non_maximum_suppression(gradient_magnitude, gradient_direction) threshold_image = threshold(gradient_magnitude, low_threshold, high_threshold) return threshold_image def non_maximum_suppression(gradient_magnitude, gradient_direction): height, width = gradient_magnitude.shape[:2] for i in range(1, height - 1): for j in range(1, width - 1): if (gradient_direction[i, j] >= 0 and gradient_direction[i, j] < 22.5) or \ (gradient_direction[i, j] >= 157.5 and gradient_direction[i, j] < 202.5) or \ (gradient_direction[i, j] >= 337.5 and gradient_direction[i, j] <= 360): if gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i, j - 1] or gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i, j + 1]: gradient_magnitude[i, j] = 0 elif (gradient_direction[i, j] >= 22.5 and gradient_direction[i, j] < 67.5) or \ (gradient_direction[i, j] >= 202.5 and gradient_direction[i, j] < 247.5): if gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i - 1, j + 1] or gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i + 1, j - 1]: gradient_magnitude[i, j] = 0 elif (gradient_direction[i, j] >= 67.5 and gradient_direction[i, j] < 112.5) or \ (gradient_direction[i, j] >= 247.5 and gradient_direction[i, j] < 292.5): if gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i - 1, j] or gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i + 1, j]: gradient_magnitude[i, j] = 0 elif (gradient_direction[i, j] >= 112.5 and gradient_direction[i, j] < 157.5) or \ (gradient_direction[i, j] >= 292.5 and gradient_direction[i, j] < 337.5): if gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i - 1, j - 1] or gradient_magnitude[i, j] < gradient_magnitude[i + 1, j + 1]: gradient_magnitude[i, j] = 0 def threshold(gradient_magnitude, low_threshold, high_threshold): height, width = gradient_magnitude.shape[:2] threshold_image = np.zeros((height, width), dtype=np.uint8) threshold_max = otsu_threshold(cv2.calcHist([gradient_magnitude], [0], None, [256], [0, 256])) high_threshold = high_threshold * threshold_max low_threshold = low_threshold * high_threshold for i in range(1, height - 1): for j in range(1, width - 1): if gradient_magnitude[i, j] > high_threshold: threshold_image[i, j] = 255 elif gradient_magnitude[i, j] > low_threshold: for m in range(-1, 2): for n in range(-1, 2): if gradient_magnitude[i + m, j + n] > high_threshold: threshold_image[i, j] = 255 break if threshold_image[i, j] == 255: break return threshold_image def canny(image, low_threshold_ratio=0.1, high_threshold_ratio=0.3, ksize=7, sigma=1.0): filtered_image = adaptive_gaussian_filter(image, ksize, sigma) threshold_image = canny_edge_detection(filtered_image, low_threshold_ratio, high_threshold_ratio) return threshold_image ``` 其中,`adaptive_gaussian_filter`函数实现了自适应高斯滤波,`otsu_threshold`函数实现了模拟退火算法下的Otsu阈值分割,`canny_edge_detection`函数实现了Canny算法中的梯度计算和非极大值抑制,`non_maximum_suppression`函数实现了Canny算法中的非极大值抑制,`threshold`函数实现了Canny算法中的阈值处理,`canny`函数实现了整个Canny算法流程。 你可以使用以下代码来测试改进后的Canny算法: ```python import cv2 from canny import canny image = cv2.imread('test.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) canny_image = canny(image) cv2.imshow('Canny Edge Detection', canny_image) cv2.waitKey(0) ```
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