opencv 常见算子

博客介绍了图像处理中的卷积概念,卷积是kernel在图像像素上的操作,kernel是固定大小矩阵数组,通过求锚点周围像素乘积之和替换锚点下像素值。还列举了常见算子如Robert、Sobel等,并进行了代码演示。

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引言

  • 卷积概念
  • 常见算子

1、卷积概念

卷积是图像处理中一个操作,是kernel在图像的每个像素上的操作。

Kernel本质上一个固定大小的矩阵数组,其中心点称为锚点(anchor point)

 卷积的工作方式:

kernel放到像素数组之上,求锚点周围覆盖的像素乘积之和(包括锚点),用来替换锚点覆盖下像素点值称为卷积处理。数学表达如下:

H(x,y)=\sum_{​{i=0}}^{M_{i}-1}\sum_{​{j=0}}^{M_{j}-1}I(x+i-a_{i},y+i-a_{j})K(i,j)

kernel是从左到右,从上到下的

2、常见算子

            

                  Robert算子(X、Y)                                              Sobel算子

拉普拉斯算子

 3、代码演示

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <math.h>

using namespace cv;
int main(int argc, char** argv) {
	Mat src, dst,dst_x,dst_y;
	int ksize = 0;

	src = imread("F:/vs_test/image/star.jpg");
	if (!src.data) { 
		printf("could not load image...\n ");
		return -1;
	}

	char INPUT_WIN[] = "input image";
	char OUTPUT_WIN[] = "Robert X";
	namedWindow(INPUT_WIN, CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	//namedWindow(OUTPUT_WIN, CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	//namedWindow("Robert Y", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow(INPUT_WIN, src);

	//Robert X方向
	//Mat kernel_x = (Mat_<int>(2, 2) << 1, 0, 0, -1);
	//Sobel X方向
	//Mat kernel_x = (Mat_<int>(3, 3) << -1, 0, 1, -2, 0, 2, -1, 0, 1);
	//filter2D(src, dst_x, -1, kernel_x, Point(-1, -1), 0.0);

	//Robert Y方向
	//Mat kernel_y = (Mat_<int>(2, 2) << 0, 1, -1, 0);
	//Sobel Y方向
	//Mat kernel_y = (Mat_<int>(3, 3) << -1, -2, -1, 0, 0, 0, 1, 2, 1);

	//拉普拉斯算子
	Mat kernel_y = (Mat_<int>(3, 3) << 0, -1, 0, -1, 4, -1, 0, -1, 0);
	filter2D(src, dst_y, -1, kernel_y, Point(-1, -1), 0.0);

	//imshow(OUTPUT_WIN, dst_x);
	//imshow("Robert Y", dst_y);
	//imshow("Sobel X", dst_x);
	//imshow("Sobel Y", dst_y);

	//addWeighted(dst_x, 0.5, dst_y, 0.5, 0, dst,-1);
	imshow("output", dst_y);

	waitKey(0);
	return 0;
}

输入图片:

robert算子:

      

 sobel算子:

    

 拉普拉斯算子:

<think>好的,我现在需要帮助用户了解OpenCV中的算子及其使用方法。首先,用户的问题是关于“OpenCV算子”的,包括使用方法和常见算子的介绍。根据提供的引用内容,用户已经有一些资料,比如引用1中的Laplacian算子的代码示例,引用2中提到的卷积处理,引用3中的变换矩阵操作。 首先,我应该明确什么是图像处理中的算子算子通常指的是用于图像处理的特定算法或函数,比如边缘检测、模糊、锐化等。OpenCV提供了很多这样的算子,比如Sobel、Laplacian、Canny等。用户可能对这些算子的具体应用和参数设置感兴趣。 接下来,我需要整理用户提供的三个引用内容。引用1展示了Laplacian算子的使用,包括读取图像、应用算子、转换绝对值和显示结果。引用2解释了卷积处理的基本原理,提到了kernel和锚点的概念。引用3提到了perspectiveTransform和transform函数,这可能与几何变换相关,比如透视变换。 用户的需求可能分为两部分:常见算子的介绍和使用方法。我需要按照这两部分组织回答,确保结构清晰。同时,用户希望有示例代码,特别是Python的,但提供的引用是C++代码。不过OpenCV的Python接口类似,可以转换过来。 常见算子部分,可以包括: 1. 边缘检测算子:Sobel、Laplacian、Canny 2. 图像滤波:高斯模糊、中值模糊 3. 形态学操作:腐蚀、膨胀 4. 几何变换:仿射变换、透视变换(如引用3中的perspectiveTransform) 使用方法部分,需要解释每个算子的函数参数,比如cv2.Sobel的参数ddepth、dx、dy、ksize等。同时,结合引用中的例子,比如Laplacian的使用,需要提到ddepth和kernel大小。 需要注意,用户可能对卷积操作(引用2)不太理解,需要简要说明kernel的作用,比如在Sobel算子中如何检测边缘方向。此外,形态学操作中的结构元素也需要解释,可能引用引用2中的卷积处理概念。 另外,用户提供的引用中有关于convertScaleAbs的使用,这在处理结果时需要将数据转换为8位无符号格式,这点在示例中要提到。 可能的问题点:如何选择合适的算子和参数?比如不同边缘检测算子的适用场景,或者kernel大小对结果的影响。需要在这些方面给出指导。 最后,生成相关问题,比如如何选择边缘检测算子,或者如何进行图像锐化,这些可以帮助用户进一步探索。 现在需要确保回答符合系统级指令:使用中文,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,正确引用标记。检查是否有遗漏的引用,比如引用2中的卷积公式需要数学表达式,但用户提供的引用2中并没有完整的公式,可能需要补充。但根据用户给的引用2的描述,数学表达式应该是卷积的乘积之和,可以用LaTeX表示。 总结回答结构: 1. 常见算子分类介绍,每个类别下列举具体算子,说明作用和OpenCV函数。 2. 使用方法分步骤,每个算子给出代码示例(Python),并解释参数。 3. 结合引用内容,如Laplacian的代码(引用1),卷积处理(引用2),透视变换(引用3)。 4. 注意事项,如数据类型转换(convertScaleAbs)。 5. 相关问题部分,生成3个相关问题。</think>### OpenCV算子详解与使用方法 #### 一、常见算子分类与功能 1. **边缘检测算子** - **Sobel算子**:检测水平或垂直方向的边缘,基于一阶导数计算梯度。 数学表达式:$G_x = \begin{bmatrix}-1&0&1\\-2&0&2\\-1&0&1\end{bmatrix} * I$(水平方向) - **Laplacian算子**:基于二阶导数检测边缘,对噪声敏感但能捕捉多方向边缘[^1]。 OpenCV函数:`cv.Laplacian()` - **Canny算子**:多阶段算法(高斯滤波→梯度计算→非极大值抑制→双阈值检测)[^2]。 2. **图像滤波算子** - **高斯模糊**:通过高斯核加权平均消除噪声,核尺寸和标准差控制模糊程度。 函数:`cv.GaussianBlur()` - **中值模糊**:取邻域中值替代中心像素,适合去除椒盐噪声。 函数:`cv.medianBlur()` 3. **形态学算子** - **腐蚀(Erosion)**:缩小前景边界,消除小物体。 函数:`cv.erode()` - **膨胀(Dilation)**:扩展前景边界,填充孔洞。 函数:`cv.dilate()` 4. **几何变换算子** - **仿射变换**:保持平行性的线性变换(平移、旋转、缩放)。 函数:`cv.warpAffine()` - **透视变换**:通过投影改变图像视角[^3],如引用3中的`cv.perspectiveTransform()`。 --- #### 二、使用方法与代码示例(Python) 1. **Laplacian边缘检测** ```python import cv2 as cv img = cv.imread("input.jpg", cv.IMREAD_GRAYSCALE) laplacian = cv.Laplacian(img, cv.CV_64F, ksize=3) # 使用3x3核 laplacian_abs = cv.convertScaleAbs(laplacian) # 转换为8位无符号格式 cv.imshow("Edges", laplacian_abs) cv.waitKey(0) ``` 2. **Sobel算子应用** ```python sobel_x = cv.Sobel(img, cv.CV_64F, 1, 0, ksize=5) # 水平方向 sobel_y = cv.Sobel(img, cv.CV_64F, 0, 1, ksize=5) # 垂直方向 gradient = cv.addWeighted(sobel_x, 0.5, sobel_y, 0.5, 0) # 合并梯度 ``` 3. **形态学操作(腐蚀与膨胀)** ```python kernel = np.ones((5,5), np.uint8) # 定义5x5结构元素 eroded = cv.erode(img, kernel, iterations=1) dilated = cv.dilate(img, kernel, iterations=1) ``` 4. **透视变换** ```python pts_src = np.float32([[0,0], [img_w,0], [0,img_h], [img_w,img_h]]) pts_dst = np.float32([[x1,y1], [x2,y2], [x3,y3], [x4,y4]]) # 目标四边形坐标 matrix = cv.getPerspectiveTransform(pts_src, pts_dst) result = cv.warpPerspective(img, matrix, (output_w, output_h)) # ``` --- #### 三、注意事项 1. **数据类型匹配**:使用`cv.CV_64F`避免梯度计算溢出,最终通过`convertScaleAbs()`转换回可视格式。 2. **核大小选择**:Sobel/Laplacian的`ksize`需为奇数(如3,5),过大会导致边缘模糊。 3. **形态学结构元素**:自定义形状可通过`cv.getStructuringElement()`生成。 ---
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