canny算子的OpenCV实现

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<span style="font-size:18px;">#include "core/core.hpp"
#include "highgui/highgui.hpp"
#include "imgproc/imgproc.hpp"
#include "iostream"
#include "math.h"
using namespace std;
using namespace cv;
//******************灰度转换函数*************************
//第一个参数image输入的彩色RGB图像；
//第二个参数imageGray是转换后输出的灰度图像；
//*************************************************************
void ConvertRGB2GRAY(const Mat &image,Mat &imageGray);
//******************高斯卷积核生成函数*************************
//第一个参数gaus是一个指向含有N个double类型数组的指针；
//第二个参数size是高斯卷积核的尺寸大小；
//第三个参数sigma是卷积核的标准差
//*************************************************************
void GetGaussianKernel(double **gaus, const int size,const double sigma);
//******************高斯滤波*************************
//第一个参数imageSource是待滤波原始图像；
//第二个参数imageGaussian是滤波后输出图像；
//第三个参数gaus是一个指向含有N个double类型数组的指针；
//第四个参数size是滤波核的尺寸
//*************************************************************
void GaussianFilter(const Mat imageSource,Mat &imageGaussian,double **gaus,int size);
//******************Sobel算子计算梯度和方向********************
//第一个参数imageSourc原始灰度图像；
//第二个参数imageSobelX是X方向梯度图像；
//第三个参数imageSobelY是Y方向梯度图像；
//第四个参数pointDrection是梯度方向数组指针
//*************************************************************
void SobelGradDirction(const Mat imageSource,Mat &imageSobelX,Mat &imageSobelY,double *&pointDrection);
//******************计算Sobel的X和Y方向梯度幅值*************************
//第一个参数imageGradX是X方向梯度图像；
//第二个参数imageGradY是Y方向梯度图像；
//第三个参数SobelAmpXY是输出的X、Y方向梯度图像幅值
//*************************************************************
void SobelAmplitude(const Mat imageGradX,const Mat imageGradY,Mat &SobelAmpXY);
//******************局部极大值抑制*************************
//第一个参数imageInput输入的Sobel梯度图像；
//第二个参数imageOutPut是输出的局部极大值抑制图像；
//第三个参数pointDrection是图像上每个点的梯度方向数组指针
//*************************************************************
void LocalMaxValue(const Mat imageInput,Mat &imageOutput,double *pointDrection);
//******************双阈值处理*************************
//第一个参数imageInput输入和输出的的Sobel梯度幅值图像；
//第二个参数lowThreshold是低阈值
//第三个参数highThreshold是高阈值
//******************************************************
void DoubleThreshold(Mat &imageIput,double lowThreshold,double highThreshold);
//******************双阈值中间像素连接处理*********************
//第一个参数imageInput输入和输出的的Sobel梯度幅值图像；
//第二个参数lowThreshold是低阈值
//第三个参数highThreshold是高阈值
//*************************************************************
void DoubleThresholdLink(Mat &imageInput,double lowThreshold,double highThreshold);
Mat imageSource;
Mat imageGray;
Mat imageGaussian;
int main(int argc,char *argv[])
{
imageSource=imread(argv[1]); //读入RGB图像
imshow("RGB Image",imageSource);
ConvertRGB2GRAY(imageSource,imageGray); //RGB转换为灰度图
imshow("Gray Image",imageGray);
int size=5; //定义卷积核大小
double **gaus=new double *[size]; //卷积核数组
for(int i=0;i<size;i++)
{
gaus[i]=new double[size]; //动态生成矩阵
}
GetGaussianKernel(gaus,5,1); //生成5*5 大小高斯卷积核，Sigma=1；
imageGaussian=Mat::zeros(imageGray.size(),CV_8UC1);
GaussianFilter(imageGray,imageGaussian,gaus,5); //高斯滤波
imshow("Gaussian Image",imageGaussian);
Mat imageSobelY;
Mat imageSobelX;
double *pointDirection=new double[(imageSobelX.cols-1)*(imageSobelX.rows-1)]; //定义梯度方向角数组
SobelGradDirction(imageGaussian,imageSobelX,imageSobelY,pointDirection); //计算X、Y方向梯度和方向角
imshow("Sobel Y",imageSobelY);
imshow("Sobel X",imageSobelX);
Mat SobelGradAmpl;
SobelAmplitude(imageSobelX,imageSobelY,SobelGradAmpl); //计算X、Y方向梯度融合幅值
imshow("Soble XYRange",SobelGradAmpl);
Mat imageLocalMax;
LocalMaxValue(SobelGradAmpl,imageLocalMax,pointDirection); //局部非极大值抑制
imshow("Non-Maximum Image",imageLocalMax);
Mat cannyImage;
cannyImage=Mat::zeros(imageLocalMax.size(),CV_8UC1);
DoubleThreshold(imageLocalMax,90,160); //双阈值处理
imshow("Double Threshold Image",imageLocalMax);
DoubleThresholdLink(imageLocalMax,90,160); //双阈值中间阈值滤除及连接
imshow("Canny Image",imageLocalMax);
waitKey();
system("pause");
return 0;
}
//******************高斯卷积核生成函数*************************
//第一个参数gaus是一个指向含有N个double类型数组的指针；
//第二个参数size是高斯卷积核的尺寸大小；
//第三个参数sigma是卷积核的标准差
//*************************************************************
void GetGaussianKernel(double **gaus, const int size,const double sigma)
{
const double PI=4.0*atan(1.0); //圆周率π赋值
int center=size/2;
double sum=0;
for(int i=0;i<size;i++)
{
for(int j=0;j<size;j++)
{
gaus[i][j]=(1/(2*PI*sigma*sigma))*exp(-((i-center)*(i-center)+(j-center)*(j-center))/(2*sigma*sigma));
sum+=gaus[i][j];
}
}
for(int i=0;i<size;i++)
{
for(int j=0;j<size;j++)
{
gaus[i][j]/=sum;
cout<<gaus[i][j]<<" ";
}
cout<<endl<<endl;
}
return ;
}
//******************灰度转换函数*************************
//第一个参数image输入的彩色RGB图像；
//第二个参数imageGray是转换后输出的灰度图像；
//*************************************************************
void ConvertRGB2GRAY(const Mat &image,Mat &imageGray)
{
if(!image.data||image.channels()!=3)
{
return ;
}
imageGray=Mat::zeros(image.size(),CV_8UC1);
uchar *pointImage=image.data;
uchar *pointImageGray=imageGray.data;
int stepImage=image.step;
int stepImageGray=imageGray.step;
for(int i=0;i<imageGray.rows;i++)
{
for(int j=0;j<imageGray.cols;j++)
{
pointImageGray[i*stepImageGray+j]=0.114*pointImage[i*stepImage+3*j]+0.587*pointImage[i*stepImage+3*j+1]+0.299*pointImage[i*stepImage+3*j+2];
}
}
}
//******************高斯滤波*************************
//第一个参数imageSource是待滤波原始图像；
//第二个参数imageGaussian是滤波后输出图像；
//第三个参数gaus是一个指向含有N个double类型数组的指针；
//第四个参数size是滤波核的尺寸
//*************************************************************
void GaussianFilter(const Mat imageSource,Mat &imageGaussian,double **gaus,int size)
{
imageGaussian=Mat::zeros(imageSource.size(),CV_8UC1);
if(!imageSource.data||imageSource.channels()!=1)
{
return ;
}
double gausArray[100];
for(int i=0;i<size*size;i++)
{
gausArray[i]=0; //赋初值，空间分配
}
int array=0;
for(int i=0;i<size;i++)
{
for(int j=0;j<size;j++)
{
gausArray[array]=gaus[i][j];//二维数组到一维方便计算
array++;
}
}
//滤波
for(int i=0;i<imageSource.rows;i++)
{
for(int j=0;j<imageSource.cols;j++)
{
int k=0;
for(int l=-size/2;l<=size/2;l++)
{
for(int g=-size/2;g<=size/2;g++)
{
//以下处理针对滤波后图像边界处理，为超出边界的值赋值为边界值
int row=i+l;
int col=j+g;
row=row<0?0:row;
row=row>=imageSource.rows?imageSource.rows-1:row;
col=col<0?0:col;
col=col>=imageSource.cols?imageSource.cols-1:col;
//卷积和
imageGaussian.at<uchar>(i,j)+=gausArray[k]*imageSource.at<uchar>(row,col);
k++;
}
}
}
}
}
//******************Sobel算子计算X、Y方向梯度和梯度方向角********************
//第一个参数imageSourc原始灰度图像；
//第二个参数imageSobelX是X方向梯度图像；
//第三个参数imageSobelY是Y方向梯度图像；
//第四个参数pointDrection是梯度方向角数组指针
//*************************************************************
void SobelGradDirction(const Mat imageSource,Mat &imageSobelX,Mat &imageSobelY,double *&pointDrection)
{
pointDrection=new double[(imageSource.rows-1)*(imageSource.cols-1)];
for(int i=0;i<(imageSource.rows-1)*(imageSource.cols-1);i++)
{
pointDrection[i]=0;
}
imageSobelX=Mat::zeros(imageSource.size(),CV_32SC1);
imageSobelY=Mat::zeros(imageSource.size(),CV_32SC1);
uchar *P=imageSource.data;
uchar *PX=imageSobelX.data;
uchar *PY=imageSobelY.data;
int step=imageSource.step;
int stepXY=imageSobelX.step;
int k=0;
int m=0;
int n=0;
for(int i=1;i<(imageSource.rows-1);i++)
{
for(int j=1;j<(imageSource.cols-1);j++)
{
//通过指针遍历图像上每一个像素
double gradY=P[(i-1)*step+j+1]+P[i*step+j+1]*2+P[(i+1)*step+j+1]-P[(i-1)*step+j-1]-P[i*step+j-1]*2-P[(i+1)*step+j-1];
PY[i*stepXY+j*(stepXY/step)]=abs(gradY);
double gradX=P[(i+1)*step+j-1]+P[(i+1)*step+j]*2+P[(i+1)*step+j+1]-P[(i-1)*step+j-1]-P[(i-1)*step+j]*2-P[(i-1)*step+j+1];
PX[i*stepXY+j*(stepXY/step)]=abs(gradX);
if(gradX==0)
{
gradX=0.00000000000000001; //防止除数为0异常
}
pointDrection[k]=atan(gradY/gradX)*57.3;//弧度转换为度
pointDrection[k]+=90;
k++;
}
}
convertScaleAbs(imageSobelX,imageSobelX);
convertScaleAbs(imageSobelY,imageSobelY);
}
//******************计算Sobel的X和Y方向梯度幅值*************************
//第一个参数imageGradX是X方向梯度图像；
//第二个参数imageGradY是Y方向梯度图像；
//第三个参数SobelAmpXY是输出的X、Y方向梯度图像幅值
//*************************************************************
void SobelAmplitude(const Mat imageGradX,const Mat imageGradY,Mat &SobelAmpXY)
{
SobelAmpXY=Mat::zeros(imageGradX.size(),CV_32FC1);
for(int i=0;i<SobelAmpXY.rows;i++)
{
for(int j=0;j<SobelAmpXY.cols;j++)
{
SobelAmpXY.at<float>(i,j)=sqrt(imageGradX.at<uchar>(i,j)*imageGradX.at<uchar>(i,j)+imageGradY.at<uchar>(i,j)*imageGradY.at<uchar>(i,j));
}
}
convertScaleAbs(SobelAmpXY,SobelAmpXY);
}
//******************局部极大值抑制*************************
//第一个参数imageInput输入的Sobel梯度图像；
//第二个参数imageOutPut是输出的局部极大值抑制图像；
//第三个参数pointDrection是图像上每个点的梯度方向数组指针
//*************************************************************
void LocalMaxValue(const Mat imageInput,Mat &imageOutput,double *pointDrection)
{
//imageInput.copyTo(imageOutput);
imageOutput=imageInput.clone();
int k=0;
for(int i=1;i<imageInput.rows-1;i++)
{
for(int j=1;j<imageInput.cols-1;j++)
{
int value00=imageInput.at<uchar>((i-1),j-1);
int value01=imageInput.at<uchar>((i-1),j);
int value02=imageInput.at<uchar>((i-1),j+1);
int value10=imageInput.at<uchar>((i),j-1);
int value11=imageInput.at<uchar>((i),j);
int value12=imageInput.at<uchar>((i),j+1);
int value20=imageInput.at<uchar>((i+1),j-1);
int value21=imageInput.at<uchar>((i+1),j);
int value22=imageInput.at<uchar>((i+1),j+1);
if(pointDrection[k]>0&&pointDrection[k]<=45)
{
if(value11<=(value12+(value02-value12)*tan(pointDrection[i*imageOutput.rows+j]))||(value11<=(value10+(value20-value10)*tan(pointDrection[i*imageOutput.rows+j]))))
{
imageOutput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
if(pointDrection[k]>45&&pointDrection[k]<=90)
{
if(value11<=(value01+(value02-value01)/tan(pointDrection[i*imageOutput.cols+j]))||value11<=(value21+(value20-value21)/tan(pointDrection[i*imageOutput.cols+j])))
{
imageOutput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
if(pointDrection[k]>90&&pointDrection[k]<=135)
{
if(value11<=(value01+(value00-value01)/tan(180-pointDrection[i*imageOutput.cols+j]))||value11<=(value21+(value22-value21)/tan(180-pointDrection[i*imageOutput.cols+j])))
{
imageOutput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
if(pointDrection[k]>135&&pointDrection[k]<=180)
{
if(value11<=(value10+(value00-value10)*tan(180-pointDrection[i*imageOutput.cols+j]))||value11<=(value12+(value22-value11)*tan(180-pointDrection[i*imageOutput.cols+j])))
{
imageOutput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
k++;
}
}
}
//******************双阈值处理*************************
//第一个参数imageInput输入和输出的的Sobel梯度幅值图像；
//第二个参数lowThreshold是低阈值
//第三个参数highThreshold是高阈值
//******************************************************
void DoubleThreshold(Mat &imageIput,double lowThreshold,double highThreshold)
{
for(int i=0;i<imageIput.rows;i++)
{
for(int j=0;j<imageIput.cols;j++)
{
if(imageIput.at<uchar>(i,j)>highThreshold)
{
imageIput.at<uchar>(i,j)=255;
}
if(imageIput.at<uchar>(i,j)<lowThreshold)
{
imageIput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
}
}
//******************双阈值中间像素连接处理*********************
//第一个参数imageInput输入和输出的的Sobel梯度幅值图像；
//第二个参数lowThreshold是低阈值
//第三个参数highThreshold是高阈值
//*************************************************************
void DoubleThresholdLink(Mat &imageInput,double lowThreshold,double highThreshold)
{
for(int i=1;i<imageInput.rows-1;i++)
{
for(int j=1;j<imageInput.cols-1;j++)
{
if(imageInput.at<uchar>(i,j)>lowThreshold&&imageInput.at<uchar>(i,j)<255)
{
if(imageInput.at<uchar>(i-1,j-1)==255||imageInput.at<uchar>(i-1,j)==255||imageInput.at<uchar>(i-1,j+1)==255||
imageInput.at<uchar>(i,j-1)==255||imageInput.at<uchar>(i,j)==255||imageInput.at<uchar>(i,j+1)==255||
imageInput.at<uchar>(i+1,j-1)==255||imageInput.at<uchar>(i+1,j)==255||imageInput.at<uchar>(i+1,j+1)==255)
{
imageInput.at<uchar>(i,j)=255;
DoubleThresholdLink(imageInput,lowThreshold,highThreshold); //递归调用
}
else
{
imageInput.at<uchar>(i,j)=0;
}
}
}
}
} </span>