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OpenCV-Python 系列 十八 | Canny边缘检测

本文是全系列中第18 / 63篇:OpenCV-Python

目标

在本章中,我们将学习

  • Canny边缘检测的概念
  • OpenCV函数: cv.Canny()

理论

Canny Edge Detection是一种流行的边缘检测算法。它由John F. Canny发明

  1. 这是一个多阶段算法,我们将经历每个阶段。

  2. 降噪

    由于边缘检测容易受到图像中噪声的影响,因此第一步是使用5×5高斯滤波器消除图像中的噪声。我们已经在前面的章节中看到了这一点。

  3. 查找图像的强度梯度

    然后使用Sobel核在水平和垂直方向上对平滑的图像进行滤波,以在水平方向(Gx)和垂直方向(Gy)上获得一阶导数。从这两张图片中,我们可以找到每个像素的边缘渐变和方向,如下所示:

    Edge_Gradient ; (G) = sqrt{G_x^2 + G_y^2} Angle ; (theta) = tan^{-1} bigg(frac{G_y}{G_x}bigg)

    渐变方向始终垂直于边缘。将其舍入为代表垂直,水平和两个对角线方向的四个角度之一。

  4. 非极大值抑制
    在获得梯度大小和方向后,将对图像进行全面扫描,以去除可能不构成边缘的所有不需要的像素。为此,在每个像素处,检查像素是否是其在梯度方向上附近的局部最大值。查看下面的图片:

    OpenCV-Python 系列 十八 | Canny边缘检测

    点A在边缘(垂直方向)上。渐变方向垂直于边缘。点B和C在梯度方向上。因此,将A点与B点和C点进行检查,看是否形成局部最大值。如果是这样,则考虑将其用于下一阶段,否则将其抑制(置为零)。
    简而言之,你得到的结果是带有“细边”的二进制图像。

  5. 磁滞阈值

    该阶段确定哪些边缘全部是真正的边缘,哪些不是。为此,我们需要两个阈值minValmaxVal。强度梯度大于maxVal的任何边缘必定是边缘,而小于minVal的那些边缘必定是非边缘,因此将其丢弃。介于这两个阈值之间的对象根据其连通性被分类为边缘或非边缘。如果将它们连接到“边缘”像素,则将它们视为边缘的一部分。否则,它们也将被丢弃。见下图:

    OpenCV-Python 系列 十八 | Canny边缘检测

    边缘A在maxVal之上,因此被视为“确定边缘”。尽管边C低于maxVal,但它连接到边A,因此也被视为有效边,我们得到了完整的曲线。但是边缘B尽管在minVal之上并且与边缘C处于同一区域,但是它没有连接到任何“确保边缘”,因此被丢弃。因此,非常重要的一点是我们必须相应地选择minValmaxVal以获得正确的结果。

    在边缘为长线的假设下,该阶段还消除了小像素噪声。

    因此,我们最终得到的是图像中的强边缘。

OpenCV中的Canny Edge检测

OpenCV将以上所有内容放在单个函数cv.Canny()中。我们将看到如何使用它。第一个参数是我们的输入图像。第二个和第三个参数分别是我们的minValmaxVal。第三个参数是perture_size。它是用于查找图像渐变的Sobel内核的大小。默认情况下为3。最后一个参数是L2gradient,它指定用于查找梯度幅度的方程式。如果为True,则使用上面提到的更精确的公式,否则使用以下函数:Edge_Gradient ; (G) = |G_x| + |G_y|。默认情况下,它为False

import numpy as np
import cv2 as cv
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv.imread('messi5.jpg',0)
edges = cv.Canny(img,100,200)
plt.subplot(121),plt.imshow(img,cmap = 'gray')
plt.title('Original Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(122),plt.imshow(edges,cmap = 'gray')
plt.title('Edge Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()

附加资源

  1. Canny edge detector at Wikipedia:http://en.wikipedia.org/wiki/Canny_edge_detector
  2. Canny Edge Detection Tutorial:http://dasl.unlv.edu/daslDrexel/alumni/bGreen/www.pages.drexel.edu/_weg22/can_tut.html by Bill Green, 2002.

练习

  1. 编写一个小应用程序以找到Canny边缘检测,该检测的阈值可以使用两个跟踪栏进行更改。这样,您可以了解阈值的影响。

原创文章,作者:磐石,如若转载,请注明出处:https://panchuang.net/2020/03/03/opencv-python-%e7%b3%bb%e5%88%97-%e5%8d%81%e5%85%ab-canny%e8%be%b9%e7%bc%98%e6%a3%80%e6%b5%8b/

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